一種懸掛式空軌車輛接地技術研究

王瑤 劉立偉 覃宏陽 王麗娟

摘 要：懸掛式空軌列車作為一種新型軌道列車，由于其自身獨特的優勢，得到了許多旅游城市的青睞，而合理的接地設計是乘客上下車的安全保障之一。通過對不同制式的車輛接地方案進行對比，并結合空軌制式的特殊性，設計了一種適合于空軌列車的接地方案。將整車DC750V、DC110V和DC24V的負通過接地電阻匯流于接地裝置，車輛到站后裝置與地面接地裝置相連，并將接地牢靠電信號反饋給司機或調度中心，控制車輛開門及供電系統。空軌車輛到站接地是為了消除跨步電壓，保證車、地電位相等，提高車輛運行的可靠性和乘客的安全性。

關鍵詞：空軌列車;接地裝置;跨步電壓

0 引言

不同于地鐵鋼輪鋼軌的受電方式，懸掛式空軌列車為了乘客乘車的舒適性，走行輪采用了橡膠輪胎，受電方式為兩根正負接觸軌為整車提供電力。車輛運行時，線路電力系統回流路徑：牽引變電所正極-正接觸軌-受流器正-車輛負載-受流器負-負接觸軌-牽引變電所負極。橡膠輪胎使得空軌列車不能通過走線鋼軌回流，到站時無法像地鐵一樣直接通過鋼輪鋼軌與站臺相連以達到等電位，保障乘客上下車安全[1]。所以空軌列車需要增加接地裝置，以此消除跨步電壓。

常見車輛接地保護技術主要分為保護接地和工作接地兩部分：保護接地設置的目的是避免出現車輛電氣設備或外露設備漏電而對人員造成威脅傷害;而工作接地設計的主要目的是確保車輛電氣系統穩定運行[2]。本文主要介紹了懸掛式空軌列車到站時，為了消除跨步電壓在車輛與站臺做了特殊處理，達到保護接地的目的，并通過現場實際運行情況驗證了接地方法的合理性，同時對接地失效做了深層次分析。

1 空軌車輛接地回路分析

車輛到站時，車體與站臺有可能出現一定的電位，為了避免乘客上下車時出現觸電感而受傷，所以列車到站時車輛、站臺與大地必須是等電位，消除跨步電壓，保證乘客安全。空軌列車接地系統主要分為DC750V高壓回路接地和DC110V、DC24V低壓回路接地。高壓回路接地通過接地電阻后串反向二極管（二極管的作用在于列車到站時，可防止線路上的高頻雜散電流隨接地裝置流入地面，對地面設備造成電腐蝕）與接地裝置相連，根據EN50153-2003《鐵路設施鐵道車輛電氣隱患防護規定》中規定的，車輛與地面裝置的保護性導體之間的阻值不能大于50 mΩ，而我們根據經驗并聯兩個30 mΩ接地電阻，來達到更好的整車接地效果，避免電阻值過大導致高壓回流到車體，給乘客帶來安全隱患;低壓回路接地采用直接通過接地裝置與站臺接地相連。最后高低壓回路都統一接到接地匯流排入地。

1.1 整車接地方案

本懸掛式空軌列車配置為兩編組列車。車輛運行時，通過正負受流軌供電，膠輪將整車與箱梁行走面絕緣開來。由于高低壓接地回路最終在同一匯流排，所以整個車體可視為零電位等勢體，乘客可在車內安全乘車，此時接地裝置為待工作狀態。車輛到達站臺時，接地裝置將與站臺接地樁相接觸，接觸成功后將此信號傳遞給列車控制系統并給至司機和地面控制系統，列車進行正常的開門及乘客上下車;若沒收到接地成功的信號，為保證乘客安全，列車門將不會開啟，直至成功接觸接地裝置。

整車接地示意圖如圖1所示，MC1車和MC2車的DC750V、DC110V和DC24V分別通過跨接線相連，這樣保證兩車不同電壓等級電氣設備的負處在相同的電勢，使得設備減少電磁干擾，平穩運行。最后高低壓的負統一接到匯流排并通過列車的接地裝置，列車到站時與站臺接地樁可靠接觸。

接地裝置如圖2所示。接地裝置通過彈簧的壓力與站臺接地樁緊密接觸，支架擋塊隨彈簧伸縮移動。當伸縮到位時，與傳感器接觸并觸發信號，表明已安全接地，并將此信號傳至列車控制做進一步處理。

1.2 站臺接地

空軌列車到站時車輛的接地裝置與站臺接地樁的可靠連接，使得車體與站臺保持電勢相等。同樣站臺也要做合理的接地處理，才能保證人們出行的安全性以及車輛系統運行的安全性。車站有多種系統需要接地：有牽引變電所及降壓變電所的工作接地，有保護人身安全和設備安全的保護接地，還有通信系統、信號系統等弱電設備的接地，以及地上車站的防雷接地[3]。

站臺接地示意圖如圖3所示，車輛接地裝置、站臺與大地通過接地電纜連接，保證其三者之間是等電位，避免產生跨步電壓。選擇接地網導體材料時考慮到材料的熱穩定性、在土壤中的腐蝕速度、導電性、材料成本及來源等，本系統接地采用熱穩定好的鋼結構體[4]。地面接地端子采用橋隧型接地端子，區間利用鋼制橋墩、混凝土承臺和樁基主筋作為垂直接地體及防雷引下線。承臺鋼筋和樁基主筋采用雙面角焊縫，焊腳尺寸為8 mm，焊接前應抹掉結構表面的防護涂層，焊接完成后重新進行防護涂裝。接地引出線與接地電纜采用接地銅絞線螺栓相連。地網距車站主體結構底板下600 mm處，接地電阻不大于1 Ω。

由上述接地可知，懸掛式空軌列車接地系統主要分為車輛接地裝置和站臺接地處理兩部分，兩者相互配合，達到乘客安全乘車的目的[5]。列車到站時，若出現電路漏電或受到雷擊電流侵入，由于接地裝置與站臺接地裝置已可靠連接，電流會沿車體→接地裝置→站臺接地樁→接地電纜→車站地網而匯入大地，此時車輛和站臺是等勢體，保證任何情況下流過乘客身體電流不超過1 mA。乘客上下車時不會產生跨步，從而保障乘客安全的目的。

2 接地失效主要原因分析

接地失效對于乘客和車輛來說都是極其危險的事故，容易造成乘客的觸電和設備的損壞，嚴重時引發火災等。而可靠的接地除了合理的設計，還需要日常的維護檢查，做到早發現早處理。導致接地失效的可能性包含有很多種，在這里我們就可能引發接地失效的主要幾個原因進行分析。

2.1 車輛接地裝置損壞分析

車輛能否可靠接地主要在于接地裝置。由于接地裝置位于車底位置，受外界環境影響較大，比如風沙、雨水等侵蝕;車輛到站時若導向輪固定不牢固出現車體晃動也有可能導致接地裝置出現形變而損害，所以一般選用硬度高、抗腐蝕的材料來制作接地裝置。日常也要加強對接地裝置的維護，防止滑輪上存在油污等污漬而影響導電性能，或傳感器的失靈。

2.2 接地電阻和二極管過電流擊穿分析

高壓接地回路中接地電阻和二極管是兩個非常重要的器件。若電阻過電流損壞時，會導致車輛與地面裝置的保護性導體之間的阻值過大，高壓接地回流無法流入大地而直接存在于車體，這是極其危險的事情。這就需要我們對線路和整車可能出線的大電流情況進行分析選擇合適的電阻型號，并進行合理的安裝，防止運行時因振動出現電火花等情況。當多車在線路上運行時，線路上就會出現高頻雜散電流，而二極管的作用在于單向導通，防止雜散電流對站臺造成電腐蝕，若二極管擊穿則無法起到保護作用，本車經過對整車的電路進行分析選用DC750V/100A的二極管對電路進行保護。

2.3 站臺接地失效分析

站臺接地出線接地故障的可能性較低，當接地施工完成驗收后基本保持穩定。站臺接地柱要保持光滑、干凈，與車輛接地裝置接觸時能可靠接地，接觸面材料采用導電效果優異的碳鋼。進行維護時應測量站臺接地柱與站臺和地面的阻值，避免器件損壞而使阻值變大，當大于規定值時應采取措施，直至滿足相關要求和標準，保證乘客和行車安全。

3 結束語

懸掛式空軌已在眾多城市興起，得到了快速發展，而車輛接地保護設計的科學與否，對車輛電氣設備的可靠運行和人身安全起到決定性作用。本文介紹了目前主流的地鐵到站接地方法，結合空軌列車其自身的特點，采用一種可靠性高、成本低、易安裝維護的接地裝置。 此研究已在公司研發的車輛實施，運行良好，工作狀態穩定，可適用于空軌列車，對車輛到站接地起到明顯改善作用。

參考文獻：

[1]李張群，譚萬忠，鐘杰.地鐵車輛保護接地技術研究[J].現代城市軌道交通，2018（4）：30-34.

[2]陳藝銘，賈海杰.城軌車輛接地方式分析與改進[J].電氣傳動，2016，46（1）：77-80.

[3]葉曉偉.地鐵車站綜合接地系統方案及施工配合要點[J].鐵路工程技術與經濟，2018，33（4）：14-16.

[4]王昱，寧璇.地鐵車站綜合接地若干問題的探討[J].現代城市軌道交通，2012（5）：44-46.

[5]桂思平.地鐵站臺門絕緣問題及處理方法探究[J].中國設備工程，2019（24）：132-134.