城市轨道交通车辆电气系统接地探讨杜增

城市轨道交通车辆电气系统接地探讨杜增

杜增

（宁波中车轨道交通装备有限公司浙江宁波315000）

摘要：近年来，随着我国社会经济的高速发展，人们的生活水平和出行方式在一定程度上获得很大改进与提高的同时，我国大城市交通问题日益突出，相应的也面临着的问题，出现了诸如交通堵塞与污染环境等方面的一系列问题等。因此优先发展公共交通、大力发展城市轨道交通已成为解决城市交通问题的有效途径。目前，我国的城市轨道交通建设已进入大规模高速发展的时期，多种形式的城市轨道交通形式不断创新涌现，多个城市正在建设城市轨道交通工程或者已经逐步形成了城市轨道交通网络。现在就城市轨道交通车辆电气系统接地进行分析。

关键词：城市轨道交通车辆；电气系统；接地探讨

一、城市轨道交通车辆电气系统的主要组成要素

城市轨道交通车辆的电气系统主要分为：车上设备电气能量供应类、车上设备电气控制类、车上电气设备类。其中，车上设备电气能量供应类主要包括受电弓、受电靴、城轨车辆自带电池；车上设备电气控制类主要包括牵引系统、空调系统、车门系统、制动系统等主要设备；车上设备电气控制类主要包括向车辆供应固定电压的变压器、逆变器的辅助供电系统以及串联各系统的控制系统。现就几项典型系统进行概略阐释。

1.1牵引和制动控制系统

牵引和制动控制系统作为城轨车辆不可缺少的部分，是车辆控制技术的核心。牵引系统是城轨车辆的用电设备大户，其用电量超过所有车辆用电总量的一半，且用电电压等级较高，整个控制系统涉及多个电压等级。制动系统包含了机械制动和电制动，近些年的电制动得到了普遍有效使用。牵引制动能力直接关系到城市轨道车辆的运行状态，为了节约车辆行驶时间，缩短列车行车间隔，加强运输能力，要求车辆必须具备良好的牵引制动性能。

1.2辅助供电系统

辅助供电系统由两部分组成：三相交流供电系统与直流供电系统；其中直流供电系统又划分成直流用电设备、充电机、蓄电池及整流装置，由充电机与蓄电池负责供电；而三相交流供电系统则负责向牵引变流器通风机、变压器通风机、电机通风机、压缩机等车上设备提供三相交流输出。

1.3车门控制系统

车门控制系统的控制对象是车门的开关动作，组成部分有控制电路、执行机构及控制开关。要想实现车门的顺畅开关，必须充分考虑车门的机械结构，匹配中央与子系统等系统控制模块组成，确保连接轨道车辆总线处在良好状态中，从而实现控制数据与信息数据的传递、共享，协助子系统控制模块控制车门的开关动作。

二、城市轨道交通车辆电气系统的接地分析

地铁列车的工作接地包括高压回流接地、低压工作接地。

2.1高压回流接地

高压回流接地的作用是将从接触网处获得的电流经过降压逆变通过电气设备后最终引入走行轨道，回流至变电所，形成一个回路保证电路的接通。该电路设计应能保证所有电流均回流至电源，不会导致任何损坏或触电危险。回流接地电缆阻抗应尽可能低。

图1高压回流接地

根据《IEC60077-1铁路应用机车车辆用电气设备第1部分：一般运行条件和一般规则》要求：

1）至少应有两个不同的通路同时用于电流回流，从而一个通路的失败不会引起损坏或触电危险；

2）实现电力回流的方法是使所有的电路分别与一母线相连，该母线应与车身和与所有外露的导电元件绝缘，和本身与电流回流集电器（车轴电刷/回流集电靴）相连。

2.2低压工作接地

低压工作接地的作用是为低压电路提供一个基准电位，同时也是杂散信号的回流通道。

如图2（a）所示，电路1、2、3共用一根接地线，由于地线存在阻抗，后端电路电流会叠加到前端电路的地线阻抗上，当后端电路的电流改变时，会影响前端电路地线上压降，进而影响前端负载的工作电压，这种干扰称之为共组抗干扰。当高频信号作用时，地线阻抗将主要由感抗决定，这种干扰将更加明显。

在实际的电路中应当尽量避免共组抗干扰，尤其是数字信号对模拟信号的干扰。因此数字信号和模拟信号应该分开单独接地，如图2（b）所示。

除了把相互干扰的电路分开接地以外，还应当尽量使接地电缆的接地阻抗低。

2.3屏蔽接地方法

城市轨道交通车辆中屏蔽的接地有趋肤效应和电场屏蔽两种。趋肤效应指的是在交变电流经过导体时，因为感应作用的产生而导致导体表面中存在电流通过时出现电流分布不均匀的状况。离导体表面越近，电流的密度越大。所以，城市轨道交通车辆在正常行驶途中行驶频率越高，产生的趋肤效应也会越明显。因此，在设计过程中要采用表面积大的接地线，减少趋肤效应，保证车辆的正常可靠行驶。

2.4安全接地

城市轨道交通车辆为整个城市的交通系统带来了巨大优势和积极作用，但如果车辆电气设备接地没有完善，就会对人们的生命财产安全造成影响和威胁，这也是城市轨道交通车辆最容易出现威胁和安全隐患的一种情况。所以，安全接地的主要目的就是保证城市轨道交通车辆的正常行驶和城市轨道交通车辆设备的可靠有效。对人们生命财产安全威胁最大的，通常是发生在检修人员接触到车辆电气系统相关构件时出现的触电状况。人们对于车辆设备的安全防护主要体现在防雷接地方面，如果有关工作人员没有对设备做好防雷接地措施，一旦遇到雷雨雷暴等恶劣天气状况时，车辆就易受到雷电的威胁和雨水的侵蚀，进而影响车辆的正常行驶。严重时，甚至会造成车辆损毁、威胁人员的生命安全及带来财产损失。

譬如，人们不小心触碰到城轨车辆电气构件时，通过的电压一般是DC110V。然而，人体会在电流通过的情况下产生3000Ω阻抗，这将造成人体触电的危险。为了保证人们在城轨车辆运行时不小心与电气构件碰触也不会造成触电伤害，要求妥善安置城市轨道交通车辆中容易和人碰触且容易发生触电的电气构件，要隔离安放，避开人员，使电流通过导线连接输送到车辆的走行轨道上，从而使车体、电气设备变成等电位，而车辆走行的轨道成为地电位。如果电气设施出现了漏电状况，也会因为人的阻抗超过车体、轨道以及接地线共同所形成的阻抗，使流经人体的电流处于安全标准范围，保证人们不会发生触电危险。

三、结束语

城市轨道交通车辆作为一种极具现代化的交通工具，它的出现在很大程度上促进了人们出行方式的改变，改善了人们的生活，其在运行过程中所能够涉及到的内容非常的广泛，在一定程度上有助于缓解交通压力，美化城市环境。为保证城市轨道交通车辆的正常运行，相关人员必须通过定期或者不定期的检查，保证整个电气系统的接地情况能够始终处于相对比较稳定的运行状态中，为人们提供舒适快捷的交通服务。本文从工作接地、屏蔽接地以及安全接地等方面分别对城市轨道交通车辆电气系统接地进行了科学且系统的分析，从而为车辆电气系统的安全有效运行提供重要的保障，有利于实现对人们生命安全与财产安全的保护。

参考文献：

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[2]张松，赵志强，刘建强，刘邵凯.城市轨道交通车辆电气设备数据传输装置设计[J].铁道技术监督，2016，（12）.

[3]李东林.城市轨道交通车辆电气牵引系统自主研发与应用[J].机车电传动，2012，（01）.

[4]颜景林，孙景冬.城市轨道交通设备与系统[M].2017.科学出版社.

作者简介：

杜增（1986-09-25），男，汉族，助理工程师，本科学历，研究方向：城轨车辆电气系统。