中低速磁浮列车接地与防雷技术研究

刘 帅 李小庆 延娓娓

(中车长春轨道客车股份有限公司国家轨道客车工程研究中心，130062，长春//第一作者，工程师)

中低速磁浮列车以其运行噪声小、爬坡能力强、转弯半径小等一系列优点逐渐引起人们的关注。特别是随着我国首条常导短定子中低速磁浮商业线——长沙磁浮快线的开通运营，中低速磁浮列车在城市轨道交通的应用上更加体现出较强的环境适应性和较好的社会经济性[1]。磁浮列车运行时与轨道是不接触的，这一点完全不同于传统的接触式轮轨列车。磁浮列车采用负极受流靴和负极接触轨进行回流，在中低速磁浮线路上，负极接触轨全线采用绝缘安装，即回流轨与大地之间是绝缘的，二者之间的泄漏电阻接近于无穷大[2]。这也是中低速磁浮系统与轮轨系统在供电方面的另一个较大的区别。本文从上述的区别之处出发，在既有轮轨交通车辆的接地与防雷方案基础上[3]，提出1套适用于中低速磁浮列车的接地与防雷技术方案。

1 中低速磁浮列车的接地与防雷技术方案

车辆的接地与防雷主要是为了保证车辆驾乘人员及维修人员的安全，提升车辆的电磁兼容性，使车载和轨旁设备能够不受干扰地可靠工作[4]。本文推荐的整车接地与防雷技术方案如图1～2所示。

图1 中低速磁浮单辆车的等势连接

中低速磁浮列车整车接地与防雷接线的处理手段主要分以下3类。

1.1 列车等势连接

车辆的所有箱体设备均设置接地点，接地点与车体之间设置接地线，保证设备的外壳与车体始终保持同一电位。安装在车辆悬浮架两侧的电机均设置接地点，接地点与悬浮架相连，悬浮架的接地点与车体相连，连接完成后保证电机、悬浮架、车体处于等电位状态，如图1所示。不同的车厢之间采用2根截面积在120 mm2以上的电缆进行连接，如图2所示，保证全列车成为一个等势体。

为了防止驾乘或维修人员上下车过程中在车辆与大地之间产生跨步电压，车辆设置接地刷(见图2)。当车辆进站或到段停靠时，接地刷与站内或段内的接地轨相接触，实现车体和大地等电位。

图2 中低速磁浮列车整车接地与防雷接线示意图

1.2 车辆的特殊处理

由于车钩的钩体与钩座之间采用的是绝缘橡胶轴承连接，为了保证设备及维护人员的安全，需要使钩体和车体等电位。但是考虑磁浮车辆存在连挂运营的需求，为了抑制潜在的车体电流，在车钩和车体之间设置了毫欧级小电阻(见图2)，很好地解决了上述两个问题。

为了避免车辆制动时因闸片与轨道直接接触而产生的车体电流，本文提出了在制动夹钳单元上增加绝缘处理的措施(见图2)。图2中，闸片与闸片托采用绝缘安装。该措施可切断地电流经闸片上车的路径，避免闸片和走行轨之间产生电弧。

1.3 防雷技术方案

由于磁浮车辆在运行时与轨道脱离接触，如果不采取任何措施，车体将处于悬空状态，若遭遇雷击，车体可能因对地放电造成车载设备损伤，故本文采取将中间车车体与高压母线负极相连的措施[5](见图2)，以借助地面负轨避雷器实现列车防雷击[6]的目的。除此之外，在每个头车还设置接地模块(见图2)。该模块由电阻、电容、二极管并联而成，主要是为了减小车体电感在雷电流释放过程中的影响，同时也为车辆在运行过程中产生的感生电荷提供泄放通路，提高车辆的电磁兼容水平。

为了避免雷电击中线路供电轨后对车辆造成影响，在车辆的正负高压母线之间设置避雷器(见图2)，以保护车辆设备。

2 车辆故障工况分析

2.1 正负极短路

当车辆的正负极母线或与其相连的设备出现互相短路时(见图3)，如果短路点位于车辆母线保护设备的前级(短路点1位置)，该故障需要由牵引变电所的过电流保护装置切断；如果短路点位于车辆母线保护设备的后级(短路点2位置)，该故障能够由车辆母线保护设备切断。为了保证故障不扩散，车辆保护设备的保护整定值要低于上级变电所的保护整定值。

图3 正负极短路示意图

2.2 正极设备对车体短路

车辆运行过程中可能出现正极设备对车体短路的故障，该故障一般是由于设备外部动力电缆绝缘层破坏或设备内部正极对箱体短路等原因造成的。无论何种原因，只要故障点与本文2.1节所述的情况一致，则短路点在车辆母线保护设备的前、后级均可能出现，如图4所示。

图4 正极对车辆车体短路示意图

当短路位置为短路点2时，短路电流将通过中间车车体和负母线之间的直连接地线回流至负极，构成低阻抗回路，从而触发车辆母线保护设备跳闸。

当短路位置为短路点1时，需要根据当前车辆的状态讨论保护机制。如果此时列车处于悬浮状态，即车体与轨道无接触，短路电流将通过车体和负母线之间的直连接地线、负极受流靴、负极接触轨回流至变电所的负极，从而触发变电所保护设备跳闸；如果此时列车处于落车状态，车辆上的垂向滑橇与轨道充分接触，短路电流将通过车体、轨道、大地回流至变电所的64D保护装置[7]，从而触发变电所的接地保护设备跳闸。

2.3 车体被雷电击中

如果车辆在落车状态下被雷电击中，由于此时车体与大地等电位，雷电流将直接被泄放至大地，不会造成危险。如果车辆在悬浮状态下被雷电击中，车体和负母线之间的直连接地线使负极接触轨与车体处于等电势状态，雷电能量将被引至负轨上，而负轨与大地之间设有避雷器，可借助此避雷器泄放落到车体上的雷电能量[8]。

3 结语

本文在传统轮轨列车接地方案的基础上，提出了中低速磁浮列车的接地和防雷技术方案，并且针对车体回流、电磁兼容、接地故障保护、雷击防护等重点问题进行了详细分析。结果表明，该方案能够很好地解决中低速磁浮列车的接地和防雷问题，对后续磁浮产品的设计具有一定的借鉴意义。