李国华
昆明地铁运营有限公司 云南 昆明 650500
摘要：地铁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，车辆的高压接地和低压接地应分别进行，直流系统和交流系统要分别布线，不可共用回路。这对我们今后设计地铁车辆和增购新车有一定的借鉴意义。
关键词：地铁车辆；接地技术
引言
随着电力电子技术的发展，作为强电和弱电集成的一体化系统，地铁车辆的电磁环境日益复杂。而地铁车辆接地可以为漏电电流、雷击电流、系统内的电磁干扰提供引入大地的通路，从而保证设备正常工作和车辆安全运行。所以车辆的接地无误是保证整车电磁干扰的一项重要指标，也为旅客提供一个优质乘车环境。
1 概述
地铁车辆采用直流供电系统，并把钢轨作为回流排，直接连至牵引变电站。地铁运营时，供电系统回流路径按照：牵引变电所正极—接触网一受电弓一车辆负载一轮对—轨道—地下回流线—牵引变电所负极。车辆内部电子设备的增加，不仅使地铁车辆内部设备布局十分密集，也使车内的电磁环境变得复杂，整列车的电磁兼容问题也成为很重要的问题。为了保证地铁车辆上的电气设备正常工作和人身安全，以及考虑到整车的电磁兼容性能，必须将地铁车辆上的电气、电子设备进行接地。广义地说，“地”可以是一个等位点或等位面，它为电路系统提供一个参考电位，其数值可以与大地电位相同，也可以不同。地铁车辆是一个与地面有相对运动的系统，因此与地面固定装置不同的地方在于车辆内的“地”不是大地，而只是相对零电位基准。
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。
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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EN50153，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。
4 地铁车辆中、低压系统的保护接地
车辆的中、低压系统主要为列车空调、空压机组、列车照明、控制电路、车门、车载信号与通信设备等提供电源，特别是列车控制系统主要是由DC110V供电，若低压系统发生接地故障，势必造成短路事故。短路电流可能会导致对应的DC110V供电断路器跳闸，列车将失去DC110V控制电源，影响重要的控制系统，如制动系统的控制电源，严重情况下还可能影响行车安全。因此，车辆的中、低压系统必须要做好保护接地。
4.1 中压母线保护接地的改进
地铁车辆的中压380V保护接地一般是将中压母线中的N线与车体相连，在采用中压交流并网供电运行时，为了减小中压负载发生短路故障时对中压母线的影响，要求对短路故障进行在线检测和隔离。一般情况下，每个中压负载都带有过流保护开关，当发生短路故障时，过流保护开关应该断开故障负载和中压母线的连接，以确保中压母线不受影响。当短路点无法通过线路空气开关进行切除时，为确保中压母线不受影响，需要对中压母线供电电路进行优化。通过在中压母线上设置3个母线接触器，将辅助电源与中压母线进行隔离。正常情况下，通过列车控制和管理系统（TCMS）给控制电路发出闭合指令，将母线接触器闭合，此时所有的辅助电源处于并联供电模式。当中压母线发生短路故障时，TCMS负责短路的定位和故障支线的隔离，此时母线接触器将被断开，确保至少有1台空压机可以正常工作。
4.2 低压直流110V保护接地的改进
现有地铁车辆的低压110V母线保护接地一般是将母线通过接地电阻连接到车体上，确保低压母线不是悬浮电压且和车体保持等电势。同时设置单点接地，降低设备和车体内的杂散电流对控制回路的影响。现有低压母线保护接地方式基本满足接地要求，但随着城市轨道交通的发展，对地铁运营的安全性、可靠性要求也越来越高。当接地故障发生时，为了减小设备电压浮动对控制回路的影响，同时保护设备不被较大的短路电流损坏，需要对地铁车辆低压母线保护接地进行改进。DC110V负母线贯通全列车，每辆车的低压负母线通过一定阻值的电阻与车体相连。其中R1为820Ω，R2为8.2Ω，在R2并联的支路中有一个小容量的断路器（0.5A）。正常情况下接地断路器是闭合的，Tc车接地电阻为4Ω，整列车DC110V负母线的等效接地电阻为2Ω，断路器中只流过微弱的漏电流，因此接地电阻上的压降非常小，负母线的电位接近车体的电位，确保了DC110V系统负母线电位的稳定，也可有效抑制电磁干扰。当DC110V系统中出现电气设备接地故障，接地电流超过断路器跳闸的设定值时，故障电流会使断路器断开，同时通过TCMS监视断路器的状态，当该断路器断开时，在司机显示器上会提示低压电路出现接地故障。断路器断开后，Tc车接地电阻为410Ω，远大于正常时的4Ω，此时DC110V负母线等效接地电阻为68Ω，故障电流会被限制在较小的水平，这大大降低了控制电路断路器跳闸的可能性。在清除接地故障前，故障接地电流不至于损坏设备，控制电路均可以正常使用，不影响列车运营。在实际应用中，接地故障多是由于低压设备的正端直接对地或屏蔽层错接至电源正极造成的，这类接地故障的故障电源均比较小。因此，结合车辆的应用经验，接地断路器的额定容量通常定为0.5A。
结束语
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。
参考文献
[1]任强.电子轨道衡的干扰屏蔽与接地技术[J].铁道技术监督.1998(04).
[2]钟碧羿.地铁车辆接地技术分析[J].电力机车与城轨车辆.2008(04).
[3]李常贤,冯庆鹏,郑祥.高速列车接地技术研究[J].内燃机车.2012(10).
论文作者:李国华
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/28
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