高速动车组工作接地电流试验研究

邓学晖，陈国锋

（中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春 130062）

高速动车组工作接地电流试验研究

邓学晖，陈国锋

（中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春 130062）

基于现场试验，在高速动车组以时速300km的牵引功率运行前提下，对动车组牵引变压器接地端设置两路工作接地和三路工作接地2种情况下的工作接地电流进行对比测试，分析工作接地电流的变化趋势及变化原因。在牵引变压器接地端设置两路工作接地时，在工作接地变化的一个周期内，各路工作接地电流幅值的变化区间为90～210A，每路工作接地呈现同等的泄流能力；设置三路工作接地时，各路工作接地电流幅值的变化区间分别为90～190A、100～170A和20～75A，每路工作接地的泄流能力不同。分析结论为进一步优化动车组的工作接地方式提供参考。

高速动车组；工作接地；接地电流；现场试验

0 引言

高速动车组的工作接地是牵引电流回流至牵引变电所的泄放通道，高速动车组受电弓从接触网上取得牵引电流，牵引电流通过高速动车组车顶高压电缆传输至牵引变压器，牵引变压器设有工作接地端子，牵引电流通过牵引变压器接地端设置的工作接地传输至轮对并流入钢轨，最终回流至牵引变电所，动车组工作接地直接关系着动车组的安全稳定运行，一旦工作接地出现问题，会导致动车组牵引电流回流不畅，给动车组的安全运行带来安全隐患[1]。

针对我国列车的接地问题，相关学者进行了大量研究。针对车体转向架电气接地问题，张维国首先对客车转向架车体接地电流进行测量，提出应进一步研究接地线电流对轴承的影响[2]。文献[3]进一步分析了接地电流对轴承电蚀的影响，并提出加装轴端接地装置的方法减轻轴承的电蚀损伤。文献[4]介绍动车组齿轮箱接地装置中接地碳刷的用途、性能，并比较国产碳刷与进口碳刷的优劣，为碳刷的国产化研究提供依据。针对我国已运行动车组，裴春兴系统总结了CRH1、CRH2、CRH3和CRH5四种类型动车组的接地方式，并对CRH3型动车组接地参数进行统计和计算分析，为动车组的接地工程设计提供参考[5]。基于CRH380BL型高速动车组，文献[6]比较2种不同保护接地方案，提出保护接地的改进方案，在充分保证车体与钢轨等电势的同时，尽可能减小流经车体的电流。文献[7]对动车组接地电流进行仿真分析，并提出通过加接地电阻的方法来减小车体环流。文献[8]比较几种动车组的接地方式，提出动车组接地方式的一种优化方案，并对这种接地方法进行试验分析。文献[9]比较车体各类接地方式的特点，研究接地方式对车体浪涌过电压的影响。

目前，我国各类动车组工作接地方式不尽相同，对于动车组工作接地方式的试验分析并不多见，有必要对动车组的工作接地方式进行试验研究。基于现场试验，通过对动车组2种工作接地方案下的接地电流进行测试分析，揭示动车组工作接地电流变化规律，为动车组工作接地系统的设计提供数据支持。

1 动车组工作接地电流测试试验

1.1 试验装置

试验装置主要包括高精度电流钳传感器（见图1）、高速数据采集器（见图2）、PC机等。

图1 高精度电流钳传感器

图2 高速数据采集器

1.2 试验原理

动车组工作接地电流测试原理见图3，工作接地电流现场测试见图4。高精度电流钳传感器固定在动车组工作接地电缆上，捕捉工作接地电流信号，高精度电流钳传感器的另一端通过同轴电缆与高速数据采集器相连，高速数据采集器在获得工作接地电流信号后，通过同轴电缆将信号传输至PC机显示并保存。

图3 工作接地电流测试原理

图4 工作接地电流现场测试图

2 数据测试结果分析

2.1 设置两路工作接地

基于CRH380B型高速动车组的工作接地方式，在哈大高铁进行工作接地电流测试。CRH380B型高速动车组工作接地设置在2车的2轴、3轴与7车的2轴、3轴。CRH380B型高速动车组的工作接地方式见图5，工作接地设置具有对称性。工作接地电流分别由2车2轴、3轴的轴端接地装置流入泄流轮对，然后流入钢轨回流至牵引变电所。

图5 CRH380B型动车组工作接地方式

试验现场设置数据采集器的采样频率为1 kHz（即1 000个数据采样点代表采集时间为1 s），在动车组以时速300 km的牵引功率运行时，选取其中一段试验数据见图6。

图6 牵引变压器接地端设置两路工作接地试验结果

由图6可知，2车的牵引变压器原边接地总电流幅值为300 A，2车2轴、3轴的工作接地电流呈现周期性变化，变化周期约为16 s，工作接地电流的变化周期与铁路相邻两条吸上线设置的距离有关。在工作接地电流变化的一个周期内，2车2轴的工作接地电流幅值由最小值90 A缓慢增大到210 A，再迅速减小至90 A，呈现出先缓慢增大再迅速减小的变化趋势。同时，在同一对应的变化周期内，2车3轴工作接地电流幅值由最大值210 A缓慢减小至90 A，再迅速增大至210 A，呈现出先缓慢减小再迅速增大的变化趋势。从整体的测试结果来看，2车2轴工作接地和2车3轴的工作接地表现出同等的泄流能力。

在工作接地电流变化的一个周期内，2车2轴工作接地电流幅值在短时间内由最大值迅速减小到最小值，2车3轴的工作接地电流幅值由最小值迅速增大到最大值，两路工作接地电流的迅速变化过程见图7。

图7 动车组工作接地电流迅速变化过程波形图

由图7可知，2车2轴的工作接地电流幅值达到最大时，2车3轴的工作接地电流幅值正好为最小值，这是因为在高速动车组移动过程中，2车2轴的工作接地泄流轮对首先到达吸上线位置，工作接地电流由2车2轴工作接地泄流至钢轨后，可直接通过处于2车2轴轮对处的吸上线流向回流线，然后回流至牵引变电所。在2车2轴工作接地泄流轮对到达吸上线位置时，工作接地电流通过2车2轴处设置的工作接地回流的阻抗达到最小值，所以2车2轴的工作接地电流幅值达到最大值，单个变压器的牵引电流幅值为300 A保持不变，故此时2车3轴的工作接地电流幅值达到最小值。2车2轴、3轴的工作接地电流幅值达到最大值时的时间差约为0.24 s，动车组运行0.24 s后2车3轴工作接地泄流轮对也恰好到达吸上线位置，试验数据和实际情况一致。

2.2 设置三路工作接地

基于中国标准动车组的工作接地方式，在大西客运专线进行工作接地电流测试，中国标准动车组的变压器原边接地端设置三路工作接地，工作接地电流通过工作接地电缆由3车2轴、3轴、4轴的接地装置泄放至钢轨。中国标准动车组的工作接地方式见图8。

数据采集器的采样频率同样设置为1 kHz，工作接地电流测试结果见图9。

图8 中国标准动车组工作接地方式

图9 牵引变压器接地端设置三路工作接地试验结果

由图9可知，三路工作接地电流同样呈现周期性变化，在工作接地电流变化的一个周期内，3车2轴的工作接地电流幅值由最大值190 A缓慢减小到最小值90 A，再迅速增大至190 A，呈现出先缓慢减小再迅速增大的变化趋势。3车3轴、4轴的工作接地电流整体变化趋势大体一致，接地电流幅值均呈现出先缓慢增大再迅速减小的变化趋势。3车3轴的工作接地电流幅值由最大值170 A缓慢减小到最小值100 A，再迅速增大至170 A，3车4轴的工作接地电流幅值由最大值75 A缓慢减小到最小值20 A，再迅速增大至75 A。

由以上分析可知，三路工作接地泄流能力不同，3车2轴、3轴的工作接地泄流能力大致相当，4轴设置的工作接地泄流能力最弱。

中国标准动车组工作接地电流的迅速变化过程见图10，3车2轴、3轴、4轴工作接地电流幅值达到最大值时对应的数据采样点分别为430、160和130，三者时间差值分别为0.27 s和0.03 s。在4轴工作接地泄流轮对通过吸上线位置后，经过0.03 s，3轴工作接地泄流轮对也大致达到吸上线位置，再经过约0.27 s，2轴工作接地泄流轮对达到吸上线位置。综上分析可知，各路工作接地泄流轮对和吸上线之间的距离变化影响工作接地电流的变化过程。这也与CRH380B型高速动车组工作接地电流试验结论相符。

图10 中国标准动车组工作接地电流迅速变化过程波形图

3 结论

基于现场试验数据，通过分析牵引变压器接地端设置两路工作接地和三路工作接地2种情况下的工作接地电流变化规律，得出如下结论：

（1）设置两路工作接地时，单个牵引变压器的总工作接地电流幅值为300 A，两路工作接地电流均呈现周期性变化趋势，各轴工作接地电流幅值的变化区间为90～210 A，两路工作接地呈现同等的泄流能力。

（2）设置三路工作接地时，在工作接地电流的变化周期内，各路工作接地电流幅值的变化区间分别为90～190 A、100～170 A和20～75 A，各路工作接地的泄流能力不同。

（3）工作接地泄流轮对和吸上线之间的距离变化影响工作接地电流的变化过程。

[1] 张长青．高铁CRH380A（AL）型动车组的接地保护 可靠性分析[J]．中国铁路，2014(1)：46-48．

[2] 张维国．客车车体转向架电气接地问题探讨[J]．铁 道车辆，2000，38(11)：21-23．

[3] 吴利锋，郭建良．关于发电车转向架接地系统的改 进建议[J]．铁道车辆，2009，47(7)：42-43．

[4] 刘莹，陈维金，李枫，等．高速动车组齿轮箱 接地装置用碳刷性能对比试验[J]．机车车辆工艺， 2011(6)：37-38．

[5] 裴春兴，李娜，贾楠，等．高速动车组接地技术分 析和研究[J]．铁道机车与动车，2014(8)：17-21．

[6] 李军，袁德强．CRH380BL型动车组保护接地试验研 究[J]．铁道车辆，2012，50(11)：31-33．

[7] 刘东来．高速动车组接地技术研究[D]．成都：西南 交通大学，2013．

[8] 李石．动车组保护接地方案研究[D]．北京：北京交 通大学，2013．

[9] 高国强．高速列车运行状态暂态过电压机理与抑制 方法的研究[D]．成都：西南交通大学，2011．

Test and Research of Working Grounding Current of High Speed EMU

DENG Xuehui，CHEN Guofeng
（CRRC Changchun Railway Vehicles Co Ltd，Changchun Jilin 130062，China）

The two-way working grounding current and three-way working grounding current which are set at the grounding end of EMU traction transformer are compared and tested based on field test under the premise that the high speed EMU is powered under the speed of 300 km/h, and the variation tendency and reasons of working grounding current are analyzed. In case of two-way working grounding current ,during one cycle of variation, the variation amplitude of both working grounding currents is between 90 A and 210 A, and both present the same discharge capability; In case of three-way working grounding current, the variation amplitudes of three working grounding currents are 90～190 A, 100～170 A and 20～75 A separately with different discharge capabilities. The conclusion will provide references for improving the working grounding way of EMU.

high speed EMU；working grounding；grounding current； field test

U264.3

A

1001-683X（2017）08-0053-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.08.053

邓学晖（1980—），男，高级工程师。

E-mail：59074043@qq.com

责任编辑 高红义

2017-03-06