地铁车辆接地技术研究

唐朝辉 张丽勇 査小菲

（唐山轨道客车有限责任公司，河北 唐山 063035）

1 概述

随着轨道交通的大规模发展，对车辆电气接地系统的可靠性要求日益提高。城轨车辆集高压、变频、网络通信于一体的系统设备，内部采用变频变压逆变器VVVF调速、异步电动机驱动的交流传动系统和静止逆变器(SIV)等附带大量谐波的大功率设备，采用微机对牵引、制动系统进行实时的控制及诊断，并且安装有车载信号、无线通信和乘客信息等系统。为使车上的各种电气设备都能正常工作，互不干扰，保护乘客的身心健康，向乘客提供优质服务，必须将地铁车辆上的电气、电子设备进行接地。地铁车辆上的地是指相对零电位基准-车体。

2 接地系统构成

按照接地回路的布置，分为回流接地和安全接地，其中安全接地又包括设备外壳接地和屏蔽接地。

2.1 回流接地

即高压电源负端的回流，通过接地回流装置与列车轨道相连。高压电源的负端首先通过导线经与车体绝缘的绝缘子相连，然后通过接地导线与转向架构件相连，再通过接地导线与轴端接地回流装置连接，经列车轨道最终回到变电站高压负端，从而形成高压回路。

2.2 安全接地

安全接地包括保护性接地和屏蔽接地。

2.3 保护性接地

所有导电的可触及到的车辆零部件，如转向架、牵引电机、牵引设备箱、辅助供电模块箱等，它们在故障状态下可能携带危险接触电压，必须通过保护性接地以较低的电阻连接到车体上。

根据EN 50153，在车体与固定式的保护性导体（轨道）之间，必须存在至少两条保护性屏蔽接地路径作为车辆保护性屏蔽接地。这两条路径的布置和定尺必须保证一条路径故障时，不会产生触电危险。两条路径应能够检查。

2.4 屏蔽接地

整列车的等电位连接有利于提高通信设备工作时的信噪比，有效改善通信质量。车体等电位连接，为有用信息提供了一个良好的参考面。如果接地体出现短路或雷击电流时，屏蔽层两点接地的电缆两端电位不同，屏蔽层内就有电流流过，屏蔽层本身将形成一个很大的干扰源。因此整列车的等电位连接，可防止两端接地的电缆屏蔽层过流，使信号传输过程中不会出现干扰。

3 接地系统总体要求

以6编组4动2拖B型地铁为例

主电路图：

图1

3.1 接地系统有如下要求：

功能接地可以使列车电气设备正常工作；保护接地可以确保人身安全；屏蔽接地可以提高电磁兼容性。图2为接地方案图

图2 列车接地方案

整列车的工作接地通过绝缘的汇流排回流，然后被分配在轮对的运行接地触点上。汇流排安装在该车的车体底架上。如果可能，与车轮接地触点的连接都应具有相同的长度。如果不能做到，长度的不同必须通过选择合适的连接电缆横断面补偿，到两个车轮接地触点的连接电阻实质上相等。

由于铝合金车体的电阻小于钢轨，钢轨的杂散电流可能从Mp车转向架→Mp车车体→M1车车体→M1车转向架，虽然不会损坏车体，但动车的对地电流就较大，直接影响到接地装置和转向架轴承的寿命。为了减小一个动车通过车体流向其他车的杂散电流，在工作接地和保护接地间设置一个接地电阻Rb，如图2中所示。

所有DC 110 V负极在Tc车底架蓄电池箱内与绝缘母排相连，并通过图3所示的接地电阻Re与车体相连，这样DC 110 V负极线相对车体呈高阻态，防止了变电站的大电流从钢轨→Tc1车车轮/车体→电池负极→Tc2车车体/车轮→钢轨进行回流，避免DC 110 V负极线发热。

整列车的车体的保护性接地是通过使整列车为一个等势体（每辆车之间通过两根电线连接），由接地线通过接地电阻Rb接到绝缘汇流排。与轮轨之间保持等电位。

图3 110V接地方案图

而对于每个列车单元而言，为了防止重联时另一个单元回流通过其车体，必须在每个Tc车车钩旁并联电阻Rec再连接到车体，从而阻断两单元之间的杂散电流，又能使车辆之间等电位，如图2。

3.2 转向架要求

为确保没有电流经旁路从轨道流入车辆，这些旁路被设计成与车体和转向架绝缘。因为保护和运行接地的低阻连接是通过车轮接地设施实现，转向架绝缘轨道可以通过几欧姆电阻达到。

图形4转向架绝缘点分布原理图，其中标出了绝缘部分的位置。

图4 转向架绝缘点分布原理图

3.3 半永久车钩的要求

在车辆之间的半永久车钩相对车体是绝缘的。绝缘点的任务是通过等电位接地导体创建一个确定的电流通道。半永久车钩相对车体的保护接地通过两个等电位屏蔽接地导体实现。

4 接地系统特性要求

将回流的电路接地与保护接地分开；将高压电路接地与低压电路的接地分开；转向架地线就近接到接地端子台上；从接地端子台到各接地装置的回流线的阻抗尽量一致；车体接地点尽量设在车体中央；各车之间设均压线，消除电位差，并将各车低压负极线连在一起；车辆机电设备的外壳、机架等必须可靠地接车体地，不能依赖于铰链等机械接触的手段接地，否则会造成系统的不稳定。接地点处必须采用牢固的紧密接触，如铜焊。若不同金属焊在一起时，要防止化学原电池反应引起的腐蚀效应。若采用紧固接触，必须保证接触面不涂油漆。

结语

城轨车辆的接地系统直接关系到车辆人身安全和车上设备的正常运转，本文从接地概念到具体接地方案，给出了地铁车辆接地的具体解决方案，为整车电磁兼容设计提供了方法和思路。

[1]程维.城轨车辆电磁兼容设计[J].技术与市场.2010.

[2]朱军.城轨车辆接地系统设计[J].车辆产品与零部.2009.

[3]EN 50121，铁路应用-电磁兼容.

[4]钟碧翠.地铁车辆接地技术分析[J].电力机车与城轨车辆，2008.

[5]唐山B型地铁样车接地概念.