动车组接地系统研究.pdf

西铁科技2/20232研究与探讨动车组接地系统研究西安局集团公司西安动车段白海波摘要：高动车组接地系统根据动车组牵引结构设计差异而存在差别，其接地方式的优劣直接关系到动车组运行性能的好坏。本文通过对比既有和谐号动车组接地系统的设计差异，根据其接地系统的特点，总结分析出复兴号接地系统的特点，进一步提升对动车组高压牵引系统设计的宏观了解。关键词：高速动车组；接地系统1列车接地简介在铁道交通领域中，将列车车体的某些部位、电气设备的某点与大地用导体作良好的电气连接叫做接地。接地是人类最早使用的电气安全措施。直至今天，接地仍然是应用最广泛的电气安全措施之一，对于轨道车辆而言至关重要，不仅要确保轨道车辆运行接地电流正常回流，还要保护着乘客及列车上各种电气设备的正常使用1.1功能分类从电气作用来看，动车组接地主要可以分为保护接地、运行接地两种类型保护接地。保护接地也称为安全接地，是为了确保设备和人身的安全，将高速列车车辆及其电气设备的外壳、配电装置的金属框架等外露导电部位接地。由于绝缘损坏而使电气设备外壳或配电装置框架等带电时，故障电流将会流过保护接地体进入钢轨，最终流人大地，从而保证高速列车车体对地之间电势较小，保护乘客人身安全。运行接地是高压电的回流接地。为了防止高压电对其他回路产生干扰，并保证接地可靠，运行接地通过负载端直接与接地装置连接，再通过接地装置连接到钢轨。1.2形式分类按接地形式进行分类，动车组的接地可以分为分散接地和集中接地。分散接地是按照就近接地的原则，将电源的端或外壳直接接到接地装置上，不同车辆的接地回路相互独立。这种系统的优点是易于实现工程化，减少过多的连接，缺点是容易引起不同系统的干扰，同时不同的车辆接地点的电位可能不同。集中接地是将不同的接地点集中到某个位置，然后通过此位置与接地装置相连。这种系统的优点是实现了保护接地和回流接地的独立性，减少了相互之间的干扰，并保证各回流接地的可靠、有效。一般情况下，保护接地和运行接地是相互独立的，分别集中后接到不同的接地装置上。2接地系统典型故障动车组接地系统主要包括两部分，即车体接地和车载电气设备接地，其中车载电气设备接地重点在于高压电缆屏蔽层的接地方式，而车体接地方式则针对不同车型的动车组有较大的差异。动车组合理的接地系统能够有效提高车载电气设备的安全性能和的车载人员的安全系数。下面通过几个典型故障进行说明2.1CRH380B型动车组车顶放电导致速度传感器干扰2022年7 月6 日,CRH380B-3632动车组担当的C3159次，运行至淮南南站停时，0 7、0 8 车报1736（至少一个WSP速度传感器信号故障），0 1车报6 8 C8（列车自动停止DNRA），维持运行。人库登西铁科技2/2023动车组接地系统研究研究与探讨顶检查发现5 车1位端高压电缆接地线断裂，高压电缆屏蔽层产生的感应电无法通过接地系统快速泄放，接地线与车体间产生电弧，电流通过车体、转向架回流至地面，对0 2、0 7 车速度传感器造成电磁干扰，造成多个传感器同时发出错误速度信号，而导致此故障发生图1高压电缆接地线断裂2.2CRH380B型动车组整列保护接地试验无法通过2022年6 月16 日，CRH380B-5849动车组在执行整列保护接地试验时，发现除保护接地外仍存在故障接地点。对全列轮对悬空后，测量确认为4车1轴轮对存在故障接地点，拆解转向架后发现1位轴箱转臂定位橡胶节点存在金属细丝，存在转臂节点烧损的风险。2.3CRH3C动车组转臂节点烧损事故2012年9 月至2 0 12 年10 月短短个月时间内，在广州动车基地共发生了4起转臂节点烧损事故，均为TC02/07车。前三次发现转臂节点烧损是在车辆进检修库时，工作人员在故障车辆的车附近能闻到很重的橡胶烧焦的味道。在转臂附近看到大量的橡胶烧焦的颗粒，节点拆卜后，发现橡胶已被击穿，有过电流痕迹，如图所示。第四次转臂节点烧毁时，在转臂处出现了明火，转臂已被明显的烧黑。调查分析判断为CRH3C动车组保护接地采用集中接地方式，在TC02/07车车体与轨道之间产生的高电压不能及时泄放，最终将橡胶节点击穿。3和谐号动车组保护接地方案对于车体接地，世界高速铁路发达国家根据本国动车组的特点设计了不同的车体接地方式。根据其接地结构可分为：车体直接接地方式、车体电感接地方式、车体电阻接地方式。3.1CRH1型动车组接地方式CRHI型动车组（原型车为瑞典Regina系列动车组）采用车体电感接地方式，工作接地与保护接地串联在一起。主要特点是动车组主回路通过扼流线圈与接地碳刷相连，并且流线圈的中性点与动车组车体相连。这种接地方式的特点是：3.1.1通低阻高在动车组正常工作时，工作电流是工频状态，因此扼流线圈的阻抗很低，工作电流可以顺利的通过扼流线圈进入接地碳刷人地。当发生过电压冲击时，因为是冲击信号是高频状态，拖流线圈呈现高阻抗，这样就使得接地点与主回路的变压器形成了有效隔离，避免由于接地碳刷接触不良等问题造成的过电压反击损坏主变压器3.1.2车体参考电势振荡因车体与接地碳刷之间存在扼流线圈，车体对地参考电势不为0，在过电压冲击时，电感线圈呈现高阻抗，对过电压向车下的传播形成了阻碍，这就容易在线圈上产生持续振荡，从而导致车体浮动电压也相应地发生振荡3.1.3存在局部环流正常工作时，涌流线圈阻抗较低，对工频电流的阻碍作用有限，部分牵引电流会通过扼流线圈、车体接地点窜人动车组车体，在车体内形成局部环流，加重轴承电蚀273图2CRH1型动车组主电路3.2CRH2型动车组接地方式CRH2型动车组（原型车为日本川崎重工E700系列动车组)采用车体电阻接地方式，主要特点是动车组主回路通过接地碳刷直接接地，车体与接地碳刷之间加人了一个隔离电阻，即车体通过一个隔离电阻接地，工作接地与保护接地接地方式均为分散接地。这种接地方式的特点如下：3.2.1克服车体环流，抑制感应电流通常情况下，接地碳刷与车轴间的滑动电接触电阻为毫欧姆量级，因此牵引电流主要通过接地碳刷分散入地，通过隔离电阻进人车体的分量较少，避免了车体环流，此外，由于车体接地电阻的加人，车体回路的阻抗增加，有效的抑制了牵引电流在车体回路中产生的感应电流。3.2.2车体参考电势存在波动，设备性能要求高车体通过一个隔离电阻接地，当发生雷击跳闸、过电压冲击时，避雷器或接地开关闭合，瞬态冲击电流会加载在接地电阻上，造成车体电压瞬间提升，由于车体是弱电信号的公共参考地，该冲击电压造西铁科技2/20234动车组接地系统研究研究与探讨成的反击有可能损坏车载控制、通信等弱电设备，同时当避雷器导通时，接地电阻与主回路的变压器是并联关系，高压雷电波仍然会加载在牵引变压器的两端，通过变压器合到二次侧，容易造成整流硅损坏。3.3CRH3型动车组接地方式CRH3型动车组（原型车为德国ICE3）采用车体直接接地方式，动车组主回路通过变压器车的接地碳刷直接接地，同时车体也直接通过碳刷实现接地，工作接地与保护接地互相独立，均为集中接地动车动车受电子动车动车接地真空断1逆变器整流器保护路器格流器逆变器主变压器MM1开步电机异步电机异步电机1接地电阻器接地电阻器接地电阻器接地电阻器轴承接地环轴承接地环轴承接地环轴承接地环图3CRH2型动车组主电路动车变压器车受电弓动车接地真空断.-.逆变器整流器保护路器整流器逆变器主变压器异步电机异步电机.图4CRH3型动车组主电路这种接地方式的特点如下：3.3.1车体参考电势低且波动小由于车体直接与接地碳刷相连，经由车体传播的过电压可以直接通过接地碳刷泄放。由于接地碳刷接触电阻较小（通常数十毫欧），因此可以有效的降低车体电压。3.3.2存在车体环流与感应电流由于钢轨回路与车体回路电阻的差异，这种接地方式会使得正常工作时的电流容易在车体与钢轨之间往复，造成车体局部发热、局部环流，而且当电流流人轴承时，会造成轴温异常，引起轴承电蚀。其次，由于车体回流回路的整体阻抗低，接触网上的牵引电流会在车体回路上感应较大的回路电流，加大了列车的非正常损耗4复兴号动车组接地设计优化参考既有和谐号动车组接地差异，结合复兴号动车组牵引系统设计参数，CR300BF动车组以CRH380B平台动车组为参考，工作接地采用集中式直接接地，与保护接地相互区分；取长补短，保护接地采纳日系动车组在动车车厢使用电阻接地，拖车（头车）兼顾使用直接接地的方式。其主要特点如下：4.1工作接地与保护接地相互独立这种系统的优点是实现了保护接地和回流接地的独立性，减少了相互之间的干扰，并保证各回流接地的可靠、有效4.2车体参考电势低且波动小由于头车车体直接与接地碳刷相连，经由车体传播的过电压可以直接通过接地碳刷泄放。由于接地碳刷接触电阻较小（通常数十毫欧），因此可以有效的降低车体电压。4.3抑制车体环流通过在动车车厢保护接地上串入接地电阻，主电路接地回流通过隔离电阻进入车体的分量较少，避免了车体环流5结论动车组的接地系统是雷电冲击和升弓浪涌等过电压的泄放通道，因此合理的接地系统能够有效提高车载人员的人身安全系数和车载设备的电气安全系数。本文研究了各型动车组接地系统结构及5西铁科技2/2023动车组接地系统研究研究与探讨*1BET10*OT18图5头车保护接地（直接接地）图6动车保护接地（电阻接地）其特点，总结如下。(1）车体直接接地方式可以有效的降低过电压冲击时的车体瞬态电压，但同时也会导致较大的车体回流。(2)车体电阻接地方式可以有效的抑制车体回流，但会阻碍过电压的泄放，造成车体瞬态电压提升。（3)车体电感接地方式会造成车体电压瞬时抬升，而且会导致较大的车体回流参考文献：1李军，袁德强.CRH380BL型动车组保护接地试验研究.铁道车辆，2 0 12.2杜松怀.电力系统接地技术 M.中国电力出版社，2 0 11.3李石,动车组保护接地方案研究 硕士学位论文.北京交通大学，2 0 13.4刘东来，高速动车组接地技术研究 硕士学位论文.西南交通大学，2 0 10.