动车组接地方案分析研究

动车组接地方案分析研究

吴宏彬  李海游

（中车唐山机车车辆有限公司产品研发中心，河北 唐山064000）

摘要：本文对各种CRH型动车组接地设计理念进行了较全面的介绍，总结出了各种接地方案的优缺点。然后，针对CRH3型动车组的接地方案的实际情况，并结合其新型接地方案进行了正线的测试，验证了新型接地方案的可行性以及优越性。

关键词：动车组；接地；分析

1 引言

近年来我国迅速发展的高速铁路均采用电气化动车组，25KV的接触网为整列车进行供电，为保证主电路的电流及列车上的车体电流能通过轨道回流到变电所，列车必须具有良好的接地性能，从而保证列车人员的人身安全及电气设备的可靠运行。

2动车组接地系统分类

根据动车组的接地功能的不同，可分为工作接地与保护性接地两种。工作接地是指受电弓从接触网受流后，经过主断、变压器原边绕组后主电路与轨道之间连接的接地方式。工作接地的作用是把接触网引接到变压器后的电流反馈到轨道上，轨道的作用是充当电流回归变电站的导体。

保护性接地是指列车在供电运行时，电气设备及车体将不可避免的产生出漏电流或感应电流在车体内流动，同时也为防止接触网发生故障造成与车体短接，要求所有导电的车辆零部件，如转向架、牵引电机、牵引设备箱、辅助供电模块箱等  在故障状态下没有携带危险接触电压的可能，因此保护性接地是将较低的电阻连接到车体上，在列车的车体与轮轨之间设置几个接地点，保证经过车体的电流最终通过这些接地点流入轨道。

3高速动车组接地方案对比分析

3.1 CRH1型动车组接地方案

图1 CRH1型动车组编组示意图

CRH1型动车组由8辆车构成，其中包括５辆动车(Mc1、M1、Mc2、M2、M3)和3辆拖车(Tp1、Tp2、Tb)。

CRH1型动车组的工作接地分别设置在Tp1、Tp2、Tb车上，工作接地与车体相连接，通过本车的接地变压器、接地装置与轮对、轨道相连，接地变压器可以使主变压器的电流强制通过回流装置返回变电所。动车上的牵引变流器中间直流电压的保护接地直接与车体相连接。

CRH1型动车组的保护接地设置在每个车的1、4轴上。动车1、4轴的轴端均设有保护接地装置，车体与转向架构架通过铜编织导线连接，转向架构架与轴端接地装置相连，通过接地装置与轮对相连，保持与钢轨的等电位。

3.2CRH2型动车组接地方案

图2 CRH2型动车组编组示意图

CRH2型200km/h动车组编组形式为8辆编组，动力配置为4动4拖，编组为T1c-M2-Ml-T2-T1k-M2-Mls-T2c，其中相邻两动车为1个基本动力单元。

　CRH2型动车组工作接地方式与CRH3型动车组类似，设置在变压器车上。CRH2 型动车组变压器车设置在4、6车，每个变压器车设置两个工作接地点，分别通过车轴中间的接地装置与轮对、钢轨相连。

CRH2型动车组保护接地设置在动车上，而拖车上没有设置保护接地。车体通过一个保护接地电阻连接到接地碳刷上。车体通过接地电阻与碳刷与轮对和钢轨相连，实现车体与轨道之间的等电位。

正常情况下，经过受电弓受流后，由牵引变压器直接通过接地碳刷从相应轮对连接轨道，实现牵引电流的回流。但是，如果相邻的动车轴间的车体阻抗小于这段距离之间的钢轨阻抗，可能会发生回流，即流入车体的电流比流入轨道的电流大，同时也会使得钢轨上的扰动电流回流向车体构成许多重重相套的环流。回流的汇合会引起接地碳刷不规则的摩擦，减短接地碳刷的使用寿命，还会带来轴承的电腐烛等一系列的电气问题。所以设置接地保护电阻减少工作接地电流回流至车体，增加碳刷的使用寿命，减小轴承电腐蚀。

3.3CRH5型动车组接地方案

图3：CRH5型动车组编组示意图

CRH5型动车组的工作接地设置在3车和6车。工作接地电流通过轴端的接地装置与轮对、钢轨相连接，实现工作接地电流通过钢轨回流。

CRH5型动车组的保护接地设置在每个动车的每个车轴上。车体通过轴箱串接电阻和轴端的接地装置与转向架构架相连，实现保护接地的功能。动车牵引变流器中间直流电压的保护接地直接与本车轴端接地装置相连。

3.4CRH3型动车组接地方案

图4 CRH3型动车组编组示意图

CRH3型动车组的工作接地设在变压器车2、7车上。工作电流从牵引单元回流到轨道是通过两个变压器车上的轮对的两个轮子实现的。

CRH3型动车组只在列车中部的BC04/FC05车的1、2轴设置了保护接地点，并没有加装限流电阻，属于集中接地方式。

3.5高速动车组接地方案对比分析

CRH1型动车组的工作接地通过变压器将电流引入轨道，而CRH2、CRH3和CRH5型动车组工作接地电流直接通过接地装置实现轨道回流，CRH1型动车组的接地回流装置较为复杂，存在一定的缺陷。

CRH1型动车组采用动车1、4轴通过铜编织导线实现车体与轨道的保护性连接，此方法简单易操作，但是由于车体阻抗比轨道阻抗要小，工作接地电流容易串入车体中，对车上电气设备造成电磁兼容方面的干扰。CRH2型动车组与CRH5型动车组均在动车上设置保护接地点，并且在车体与保护接地点之间设置了限流电阻，阻止工作接地电流串入车体中，对车上电气设备造成影响。但是由于串入保护接地线中的阻抗相对较大，当轨道连接出现异常时，保护接地点的电流增大，容易造成车体对转向架轴端的高电势，造成转向架上传感器等设备的烧毁。CRH3型动车组与其他CRH型动车组的保护接地方式有较大不同，采用列车中部集中接地方式。该接地方式对整车的电磁兼容特性起到很好的效果，但当铁轨的接地性能不良或在列车过分相时，车体对转向架轴端会产生一个很高的冲击电压。

4动车组接地方案改进优化

4.1CRH3型动车组接地方案改进

针对上述问题，通过对其他各型动车组的比较分析，决定对CRH3型动车组增加轴端保护接地装置，来降低车体与轴端间的电势差，提高列车的运营稳定性。

在BC04/FC05车保护接地装置安装方案不变的基础上，做如下改造：

（1）在EC01/08车的1轴、2轴上加装两个轴端保护接地装置；

（2）在IC03/06车的2轴、3轴上加装两个轴端保护接地装置；

（3）同一车辆新增的两个保护接地装置不在本车的同一侧。

按上述方案改造后，全列将新增保护接地回流装置8个，使全列保护接地回流装置数量达到12个；工作接地回流装置数量不变，共计4个。如下图5所示。

图5 CRH3型动车组接地图

4.2改进接地方案的正线测试

将正线动态测试数据绘制成图形，首先对电压信号进行分析。以EC01车为例进行说明。由图1可以看出车体电势出现了多次的冲击电压，这与列车过分相时的闭合主断动作有关，闭合主断这一动作导致了车体电势的冲击。

图6 正线测试中1车车体对1轴转向架电势差数据波形图

忽略这些电压冲击后，将1-4车车体对转向架轴端的峰值电势绘制成折线图，如图7所示。由图可以看出，1-4车的车体对转向架轴端的电压最高出现在4车，也仅有15V，说明新保护接地方案可以有效的降低车体对转向架轴端的电势，验证了新保护接地方案的可行性以及优越性。

图7 车体对转向架轴端电势差峰值

正线测试的结果很好的说明了新保护接地方案可以有效的降低列车车体与转向架轴端的电势，同时在列车过分相过程中列车车体与转向架轴端的冲击电压也得到了一定控制。

5 总结

列车优良的接地方案是动车组安全顺利运行的保障，关系着人身安全及设备可靠运转，改进后的CRH3型动车组保护接地方式在减少轴箱与车体电势差、分流等方面起到了很好的效果，但与原CRH3系列动车组接地设计理念有所冲突。对于动车组这个复杂的大系统来说，影响因素很多，很多情况并不能简单的通过理论来进行分析，而是应该通过实践和时间的考验来验证。

参考文献

[1] 张维国.客车转向架接地技术[J].铁道车辆，2004.42（3）：9-14.

[2] 李扬，王位.电磁兼容技术在交流传动机车中的应用[J].机车电传动2008.12.12

[3] 樊彦强.电力机车智能无源接地检测装置的研制.硕士学位论文2006.02

[4] 郭晖.车辆的接地电流[J].国外铁道车辆，2001.38（6）：39-45.

[5] 张曙光主编.CRH1型动车组[M].北京，中国铁道出版社，2008.

[6] 张曙光主编.CRH2型动车组[M].北京，中国铁道出版社，2008.

[7] 张曙光主编.CRH5型动车组[M].北京，中国铁道出版社，2008.

 作者简介：吴宏彬，男，工学硕士学位，高级工程师，主要从事轨道车辆电气系统研发设计工作。

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