城軌車輛接地回流試驗原理及故障分析

陳 芳，周 峰

(中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

城軌交通車輛采用直流自動供電控制系統，車輛屏柜內部電子設備增加，不僅使城軌車輛屏柜內部設備布局十分密集，也使車內的電磁干擾環境變得復雜，為有效保證城軌車輛的電氣設備和人身安全，必須重視城軌車輛電子電氣設備的安全接地回流保護。

1 工作原理

接地系統是提高城軌車輛供電安全性、可靠性以及車輛抗干擾力的重要供電系統。城軌交通車輛接地回流實驗要求在落車完成后，整車進入編組前進行。車輛測試均須以節車為單位進行接地和回流實驗，通過準確測試回流接地線的碳刷和輪對間的接地電阻來檢查接地刷和回流線間的接地連接。

城軌車輛上設有2個“地“：一個是車體地，一個是鋼軌(大地)，車輛上所有機電設備包括設備外殼，接地點均連在車體地上，車體與鋼軌之間通過一個接地電阻相連。每單節車體均通過一個30 mΩ的保護性電阻與接地匯流排相連，動車上通過2個轉向架的4個軸端接地碳刷裝置實現保護接地的回流，TC車通過1軸和4軸的接地碳刷裝置實現保護接地回流。

接地保護電阻值就是用來衡量車輛接地狀態性能是否良好的一個重要測量參數。接地電阻的作用一是將車體地與鋼軌相連，使車輛上需要接地的設備外殼、接地點與鋼軌相連，起接地保護作用；二是使車體上流向鋼軌的電流經過接地電阻，避免電流流過軸箱軸承、電機軸承及齒輪等，防止電流損壞設備；三是當線路意外接地短路時，可以限制短路電流。接地電阻需要有一定的接地電阻阻值，但又不能太大，按《鐵路應用 機車車輛電氣隱患防護的規定(EN50153：2002)》規范，客車接地電阻的最大阻值不應超過50 mΩ，現在的城軌項目的接地電阻阻值為30 mΩ。

2 工藝流程

2.1 測試回路與阻值要求

目前，城軌車輛進行接地回流前須先將蓄電池箱的熔斷器斷開，以確保試驗過程中試驗人員的安全，再檢查軟連線是否具有合適的長度和足夠大的導線截面。所有試驗測量設備應進行校準，保持輪軌接觸面清潔，確保輪對和鋼軌之間無電壓，并斷開接地匯流排與逆變器的負極連接。城軌項目低電阻測試儀型號為Megger.DLRO 100X。

將低電阻測試儀的正極接上接地裝置對應到匯流排上的連線，相對應的單個輪對接上低電阻測試儀的負極，測試電流為DC50A，測試時間為3 min，將測試結果記錄在某項目接地回流實驗記錄中，測量回路與阻值要求如表1所示。

表1 測量回路與阻值要求 單位：mΩ

斷開蓄電池保險，用萬用表測量確定鋼軌與輪對間無電壓。測量輪對與鋼軌之間的接觸面應保持干凈，無雜物、油漬，無銹蝕，否則無法測出電阻值，確保輪對與鋼軌間無電壓。原因是低電阻測試儀在有外部電源的時候無法啟動。試驗前應用無紡布將輪對上的灰塵、油漬擦拭干凈。

2.2 全自動車鉤與鋼軌阻值測量

斷開接地電阻+173=11-R102的1 A所有電纜，對電纜進行絕緣處理。測量接地電阻，全自動車鉤173=11-R102的1 A點與鋼軌之間電阻，電阻值大于60 mΩ且小于80 mΩ為合格。低電阻測試儀器必須配備一副(兩組)電阻測試電接線，紅粗線接紅色電流接線柱(C1)，紅細線接紅色電阻接線柱(P1)，黑粗線接黑色電流接線柱(C2)，黑細線接黑色電阻接線柱(P2)。試驗中，經常出現故障為無法正常測量到電阻值，原因是測試儀與線纜的接觸不牢固可靠，造成測試電纜虛接狀態，正常工作狀態為測試儀表顯示的是C1和C2、P1和P2中間的指示燈為常亮狀態。

2.3 車體與鋼軌阻值測量

測量接地電阻+173=11-R101的2 A點與輪對之間電阻，電阻值大于30 mΩ且小于50 mΩ為合格。恢復所有電纜連接，再斷開+191=11-X101接地裝置電纜，連接并測量接地碳刷與相應輪對間電阻值，電阻值不大于8 mΩ為合格，測量完成后恢復電纜連接。

2.4 接地碳刷與相對應輪對阻值測量

斷開+194=11-X104接地裝置電纜，連接并測量接地碳刷與相應輪對間電阻值，電阻值不大于8 mΩ為合格，測量完成后恢復電纜連接。因項目的不同，如果需要測量的點位較遠，低電阻測試儀本身電纜不夠長，可通過工藝人員確認后將部分電纜進行延長。原則上接地回流試驗不允許將被測電纜進行延長，防止測出的數據有誤。

3 典型故障分析及處理方案

現階段校線班進行接地回流試驗時，當接地電阻阻值出現誤差時，無法第一時間判斷哪個試驗環節出現了故障，而導致的阻值與試驗文件要求不符。為更快、更準確地判斷出故障點，采取的措施是通過原理圖接地電阻理論計算與實際的操作結果來進行分析，證明了該方法的正確性與高效性。

3.1 全自動車鉤與輪對間的連接電阻計算

假設=11-X02接地裝置電阻為10 mΩ，如圖1所示，畫×的地方則是電纜斷開的點位。

低電阻測試儀的正極接車鉤和負極接地裝置形成一個接地回路，轉化成等效電路圖。

計算出連接電阻應為：R=30 mΩ+30 mΩ+R1=70 mΩ。

3.2 車體與輪對間的連接電阻計算

假設=11-X201接地電阻為10 mΩ，斷開到設備的連線，進行阻值的計算。如圖2所示，車體對輪對間只串聯了一個接地碳刷的電阻，故R1=10 mΩ。

圖1 全自動車鉤與輪對

圖2 輪對間的連接電阻

3.3 車體與鋼軌之間的連接電阻計算

假設=11-X201接地電阻為10 mΩ，轉換成等效電路圖，4個接地裝置并聯再串聯一個電阻，R=30 mΩ+10/4 mΩ=32.5 mΩ，也就是說在進行車體與鋼軌之間連接電阻測量時，須先將匯流排上的電纜恢復好，測出來的電阻應小于30 mΩ，如圖3所示。

圖3 車體與鋼軌之間的連接電阻

綜上所述，當出現阻值不符合工藝文件數值時，應先檢查需要斷開的線纜是否全部斷開，確保每根電纜正確斷開或恢復。接地碳刷與輪對間的電阻值偏大或偏小，出現此故障，接地碳刷須更換。接地碳刷須保持良好的導電特性，以滿足車輛系統的牽引制動技術要求。

4 結語

可靠的接地保護是城軌車輛安全穩定的保障，關系著乘客的人身安全和設備的可靠運轉，對于城軌車輛的回流接地屏蔽保護主要功能是在保證城軌鐵路車輛正常運行中，為其交流電氣設備直接提供零點位，并將城軌車輛中每一個交流車體直接當成零點電位等位的勢體，城軌鐵路車輛中的接地保護回流電路保護系統的設計合理科學與否，對保證車輛電氣設備運行的可靠性起到決定性的作用。本文通過對車輛接地回流試驗，采用接地電阻轉換等效電路的分析計算方法縮短了排除故障點的時間，提高了接地電阻測量阻值的正確性及高效性；同時也提高了員工的崗位技能。