天津2号线延长线赠购车接地系统设计

陈士勇　卢睿

【摘 要】本文阐述了地铁车辆接地的重要性，以及接地系统理论的相关标准，接地的相关结构，接地技术要求。并基于天津地铁2号线赠购车车辆的具体接地设计，接合接地原理图来说明如何实现地铁车辆工作接地、屏蔽接地、保护接地。

【关键词】标准；回流接地；屏蔽接地；保护接地

【Abstract】This document described the importance of grounding for metro vehicles， and the relevant standard of grounding system theory， the relevant structure of grounding and grounding technical requirement. On the basis of specific grounding design of the additional purchased vehicle of Tianjin Metro Line 2， it is specified how to realize the working grounding， shielding grounding and protection grounding of metro vehicles in connection with the grounding schematic diagram.

【Key words】Standard； Current-return grounding； Shielding grounding； Protection grounding

0 前言

随着区域经济和城市群的发展，城市轨道交通起着连接这些地区的作用，城际车和地铁车辆等伴随其大规模发展，地铁车辆的安全可靠性是保证城市内和城市之间高速链接的关键，因此对车辆安全要求十分重要，尤其是电气系统的接地设计极为重要。

地铁车辆等动力来源于电机，电机是通过受电弓或受流器从车辆外部的接触网或第三轨引入高压1500V或750V直流电，经过牵引逆变器等进行变频变压逆变出交流电提供给车辆电机，通过钢轨回流，连接到较近变电所，构成完整回路。

车辆牵引系统由VVVF供电，辅助系统，信号系统，通讯系统，乘客信息显示系统等都由SIV和蓄电池提供110V电源。为了车辆上各个设备正常运行，保护乘客人身安全，我们就必须采取各种措施来消除由设备用电而产生的大量谐波和电磁干扰。这个措施即有效的屏蔽处理，合理的接地设计。

1 车辆描述

天津地铁2号线延长线增购车是在原天津地铁2号线的设计基础上，保持信号系统，火警系统，PIS系统等不变，将牵引系统和制动系统国产化的项目。此项目可以有效缓解天津地铁公司开通至机场线后带来的运输压力。

列车采用三动三拖， 具体编组方式：

*Tc · M * M · T * M · Tc * （初、近、远期）

其中：

Tc …… 带司机室的拖车；

T …… 不带司机室的拖车；

M …… 动车；

· ……… 半永久性牵引杆；

*…半自动车钩（司机室前端车钩具备自动气动气路解钩功能）。

受电方式为750V直流第三轨下部接触受电。

2 接地系统理论

2.1 相关的标准

《标准EN50153》规定：当车体或转向架与钢轨间采用滑动或柔性连接时，每台车至少需有两个这样的连接通路，且其中一路的故障应不会引发损害或有电击的危险。两条通路都应能目视检查。通路应该有一定的截面积，以承受所有流过的电流，同时应考虑流经钢轨的电流和故障电流。

《标准EN50153》规定：轴承不能作为电流回路的一部分。

《标准EN50153》规定：机车、动车、客车车体与保护性导体间的最大阻抗为0.05欧姆。 以及《EN 50121-3-2-2000铁道应用-电磁兼容性-机车设备》；

《EN 50155-2001铁路应用——机车车辆上使用的电子设备》等标准。

2.2 接地结构

2.2.1 工作接地

工作接地有叫回流接地，车辆上用电设备分高压用电设备和低压用电设备。高压用电设备有1500V或750V直流用电设备；低压用电设备的380V和220V交流用电设备，有110V和24V直流用电设备。

高压用电设备上的“正”通过受电弓或者受流器导入设备，而高压电源的“负”，通过回流电缆连接到回流装置，再连接到钢轨上，回流到最近的变电所。车辆需要回流的高压设备包括：牵引逆变器VVVF，需要通过接地开关箱连接到地（电机接地线），辅助电源箱SIV需要通过接地开关箱连接到地（轴端接地）。还有车辆上的空调用空压机为380V，需要做单独的的回流接地。

低压用电设备的“正”来自于SIV逆变出的380V再整流得到110V直流电。低压电源的“负”，通过回流电缆连接到低压的回流装置，再连接到钢轨上，回流到最近的变电所。分为110V控制回流接地和24V控制回流接地，低压系统包括：车辆控制系统、乘客信息显示系统、火警系统、通讯系统、信号系统等系统，以及车辆控制继电器、接触器、时间继电器等设备。

2.2.2 屏蔽接地

车辆的信号系统、通讯系统、信显系统中应用了大量的低压信号传输，这些信号多采用多芯屏蔽线，CAN总线，MVB总线、以太网线等电缆，对于上述的线缆需要做等电位屏蔽，因为这样可以有效的提高通讯质量，降低信号传输中共模干扰。通过整车的等电位连接，消除信号屏蔽层因接地点存在电位差而产生共模干扰的情况，提高通讯设备工作时的信噪比。

2.2.3 保护接地

保护接地即设备外壳和车体即参考地连接起来，设备漏电流是通过接地线缆导入地，防止人体直接或间接触点，起到对设备和操作人员保护的作用。车辆上所有的导电可接触到的设备以及零部件都需要做保护接地。例如车下的VVVF，SIV，蓄电池箱，电机，转向架等，车上的电器柜及内部设备，司机室操作台及内部设备等，通讯设备外壳也必须采用专用的低电阻接地电缆进行接地保护，也可以对设备做到一定的电磁兼容保护。

2.3 技术要求

工作接地是为了车辆设备的正常运行提供有效的负端，要考虑设备额定功率，设备的过电流大小，是否对接地有特殊要求，高压用电接地和低压接地要分别接在不同的转向架上，并且通过均压线将高低压连接起来。接地汇流装置要和车体绝缘，尽量在转向架附件设置汇流装置，并在车辆中心处设置汇流装置，多个汇流装置要保证均匀分布在车辆上，汇流装置之间的线缆阻抗要尽量一致。

屏蔽接地按照各个子系统对屏蔽线缆的特殊要求进行单端或双端屏蔽接地，并远离高压线缆，避免在同一环境走。有平行走线时要保证不同EMC电缆离别之间的距离，有交会时，线缆层90°夹角。具体按照TB/T 3153-2007第 6条EMC要求来实施。见表1和表2。

保护接地按照TB/T3076第六条针对间接接触的防护措施来执行，要保证保护等电位连接和保护接地定额。车辆上所有的导电可接触到的设备以及零部件都需要做保护接地，外漏导部分应连接至车体或相关构件上，并采取预防措施防止接地点阻值因腐蚀或疲劳等增加。

3 实际设计接地系统

根据上述描述的接地相关标准技术要求和接地结构，针对天津2号线延长线增购车辆来具体设计。

3.1 功能接地设计

图1为整列天津2号线延长线赠购车接地系原理图。将车辆按照TC，M/M1，T分开，对每节车辆设置相应的接地开关箱。以TC车为例，TC的接地开关箱命名为IGS，设有高压开关和低压开关。TC车的SIV的750V负端回流与IGS的高压开关连接再连到汇流排1，汇流排1直接连接到转向架轴端接地EB2上；TC车辆低压回路负端包括车辆110V、蓄电池110V和24V用电设备的回流负端通过分线箱和铝管接入IGS的低压开关上，再接到汇流排2，汇流排2分别和汇流排1和3连接，通过汇流排1和3连到轴端接地点；SIV充电机的110V负端直接连接到汇流排3上，SIV的380V负端先接到高压开关箱的端子排上和车上的380V空调空压机负线汇流，再连接到汇流排3上，由EB3统一流入钢轨。三个汇流排通过95平电缆两两相连，保证线缆有充足载流量和回流冗余。

3.2 屏蔽接地处理

屏蔽接地可以分双端屏蔽，单端屏蔽，具体根据各个子系统对屏蔽要求的不同来确定采取的接地方式。列车上线缆的接地和屏蔽原则：图2为等电位双端屏蔽连接示意图；图3为不等电位的两端屏蔽线连接方式；图4为跨越不同车厢线缆的屏蔽线连接方式要求图。

通过上述几种连接示意图，我们可以对电子元件进行电磁屏蔽保护，用以解决用电设备以防外部电气干扰的最好方法是将元件外壳接地并对所有电缆进行屏蔽。

因此，应当遵守持久的低电阻且低电感的接地原则，接地电阻应少于4欧姆。设计时避免使用与信号系统、信显系统同频率段，降低干扰。

3.3 保护壳体接地连接

设备壳体保护接地连接是将车辆用电设备的外壳通过相应截面积的扁平接地电缆将设备外壳与车辆车体等电位连接，车体的通过接地电阻与接地汇流排连接，再接至轴端接地。避免因静电感应，使机壳上积累过多电荷，产生高电压，导致设备内部放电造成干扰。

4 结论

合理可靠的接地设计能够有效的保护用电设备和人身安全，防止触电事故发生，保证乘客安全和车辆无故障运行，经济价值不言而喻。

通过天津2号线赠购车的理论和实践结合，来满足地铁车辆的设计要求，提高车辆的安全和可靠性。本文也存在不足之处，希望通过学习更多的专业知识，丰富自己，以后能够设计处更优更可靠的地铁车辆。

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[责任编辑：汤静]