CN111347943B - 一种轨道交通车辆接地系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通车辆接地系统，其中车辆包括前后对称设置的两半列车，每一半列车包括多节车体，每一车体对应设置两转向架，各半列车的某一节车体内设有牵引变压器，牵引变压器通过对应的转向架上的第一轴端接地装置与钢轨电连接，相邻的车体之间通过第一接地电缆相连，牵引变压器所在车体对应的转向架上未设置用于保护接地的轴端接地装置；对于未设置牵引变压器的车体，对应的两个转向架之一上设有第二轴端接地装置，车体上的保护接地点通过对应的第二轴端接地装置与钢轨电连接。本发明通过合理设置保护接地点，可以减少转向架与钢轨之间的回流，回流电流分布较均匀，减少了电磁干扰，提高车辆电磁兼容性，降低了维修频率，安全可靠。

Description

一种轨道交通车辆接地系统

技术领域

本发明特别涉及一种轨道交通车辆接地系统。

背景技术

随着我国轨道交通的快速发展，对轨道交通车辆接地系统的安全性和可靠性有了更高的要求。列车的接地系统不仅仅是反馈网络电流回到变电站，更重要的是要保护列车上的人员和设备在故障状态下免受高电压的伤害，保护电子设备免受高频或脉冲电流的干扰。接地系统设计需要合理布置工作接地单元和保护接地单元，采用有效的EMC(电磁兼容性)、EMI(电磁干扰)预防措施，来避免和消除相互之间的电磁干扰，保证接地回路的安全、可靠。

列车的工作接地是指高压电的回流接地。为了防止高压电对其他回路产生干扰，并保证接地可靠，工作接地通过变压器盲端输出点直接与工作接地用轴端接地装置连接，再通过工作接地用轴端接地装置连接到钢轨。

保护接地是指设备的外壳接地，为低压系统接地。一般轨道交通车辆上用电设备在使用中会由于绝缘老化、磨损、浸水、潮湿等原因，导致带电导线/部件与机壳之间漏电，或者由于设备超负荷引起严重发热烧损绝缘造成漏电，还可能因坏境气体污染、灰尘沉积导致漏电或电弧击穿打火，所以要对轨道交通车辆上各种用电设备进行保护接地。保护接地一般直接将设备外壳连接到车体上，然后通过与车体相连接的接地线接到预定的保护接地用接地装置上，再接到钢轨。

工作接地单元的轴端接地装置与保护接地单元的轴端接地装置分别装在不同转向架的轴端。

接地系统按照接地形式分为分散接地和集中接地两类。

集中接地是将不同的接地点先集中到某一个位置，然后通过此位置与轴端接地装置相连。集中接地的优点是实现了工作接地和保护接地的独立性，减少了相互之间的干扰，并保证各回路接地的可靠、有效。集中接地的缺点是，接地电流全部集中于少数接地点，大电流会加大对接地碳刷及轴承的磨损。此外，集中接地方式下，列车轮对经过钢轨绝缘节时相当于用一开关切断回流电流，会产生操作过电压，过电压冲击会烧蚀钢轨及损坏车上的弱点设备。

分散接地则是每车都有保护接地，充分保证车体和钢轨处于等电位，且不受轨道因素的干扰。由于其具有多个接地点，从而分散了车体到轴承的电流，从而降低了轴承、碳刷的电腐蚀；当列车经过绝缘节时，车轮离开钢轨切断电流的瞬间，电流可以通过保护接地流经车体再流到另一节钢轨上，避免了车轮切断电流而出现的闪络现象。但是，分散接地易构成电气回路，对电磁兼容要求比较高；使电流分布不均匀，导致轴端接地装置碳刷损耗不一致，更换的频率不同，给维护工作带来不便。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中分散接地存在的易构成电气回路、电流分布不均匀等缺点，提供一种轨道交通车辆接地系统，通过合理设置保护接地点，可以减少转向架与钢轨之间的回流，回流电流分布较均匀，减少了电磁干扰，提高车辆电磁兼容性，降低了维修频率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种轨道交通车辆接地系统，其中车辆包括前后对称设置的两半列车，每一半列车包括多节车体，每一车体对应设置两转向架，各半列车的某一节车体内设有牵引变压器，牵引变压器通过其所在车体对应的转向架上的第一轴端接地装置与钢轨电连接，其特点是相邻的车体之间通过第一接地电缆相连，牵引变压器所在车体对应的转向架上未设置用于保护接地的轴端接地装置；对于未设置牵引变压器的车体，对应的两个转向架之一上设有第二轴端接地装置，车体上的保护接地点通过对应的第二轴端接地装置与钢轨电连接。

借由上述结构，可以减少转向架与钢轨之间的回流，回流电流分布较均匀，减少了电磁干扰，提高车辆电磁兼容性，降低了维修频率。

作为一种优选方式，牵引变压器设于头车，尾车设置两个第二轴端接地装置。

尾车设置两个第二轴端接地装置，可以将所有车体的回流电流全部可靠地引流至钢轨。

进一步地，车体上的保护接地点与第二轴端接地装置之间连有第一接地电阻。

第一接地电阻可以阻止钢轨回流至车体加大回流电流，以防加速车体的电腐蚀。

进一步地，头车前部设有车钩，所述车钩通过第二接地电阻与头车车体相连，可以防止重联时另一个列车单元回流通过其车体，阻断两列车之间的杂散电流。

进一步地，每个转向架通过两根第二接地电缆与对应的车体相连。两条第二接地电缆可以确保任何一条第二接地电缆发生故障时不会造成电击隐患。

进一步地，转向架通过第三接地电缆与对应的牵引电机相连，确保牵引电机外壳不带电。

与现有技术相比，本发明通过合理设置保护接地点，可以减少转向架与钢轨之间的回流，回流电流分布较均匀，减少了电磁干扰，提高车辆电磁兼容性，降低了维修频率，安全可靠。

附图说明

图1是半列车的主电路示意图，另外半列车完全对称。

图2是半列车的接地系统示意图，另外半列车完全对称。

图3是现有技术中的半列车回流分布图，另外半列车完全对称。

图4是本发明中的半列车回流分布图，另外半列车完全对称。

其中，1为牵引变压器，2为第一轴端接地装置，3为第一接地电缆，4为第二轴端接地装置，5为保护接地点，6为第一接地电阻，7为车钩，8为第二接地电缆，9为第三接地电缆，10为牵引变流器，11为牵引电机，12为受电弓，13为高压隔离开关，14为主断路器，15为高压接地开关，16为高压电压互感器，171、172为原边电流互感器，18为回流电流互感器，191、192为避雷器，20为转向架，21为车底汇流排，22为钢轨，23为第二接地电阻。

具体实施方式

本实施例中涉及的轨道交通车辆为动力分散型交流传动式高速动车组，8节编组，4动4拖，编组方式为-Tc+M1+T1+M2+M2+T1+M1+Tc-，主电路见图1，正常运行时，列车采用单弓受流，另一个受电弓12处于折叠状态。头车或者尾车上的受电弓12从接触网上获取电能，牵引电流经主断路器14、高压电缆、牵引变压器1等设备，经整流逆变过程，传送到牵引电机11，驱动动车组运行。

如图1所示，轨道交通车辆主电路是传统的25KV高压受流电路，从功能上可以分为网侧受流、网侧检测和网侧保护等功能。

1、网侧受流：网侧受流电路的主要功能是从网侧获取电能，对牵引变压器1的原边供电。牵引变压器1副边再通过牵引变流器10对牵引电机11供电。主要功能部件有受电弓12、车顶高压隔离开关13、主断路器14(带高压接地开关15)和第一接地装置等。

2、网侧检测：网侧电路中设置了高压电压互感器16、原边电流互感器171、172和回流电流互感器18等测量器件，用于向列车的控制系统、牵引控制单元等提供网侧电压和电流信号。

3、网侧保护：主断路器14用于对牵引变压器1原边进行分合闸操作。主断路器14的分闸操作也用于为列车提供保护。当列车出现故障或外部条件异常需要切断网侧电源时，可通过给主断路器14分断指令来实现。这些设备的外壳除了受电弓12不与车体相连以外，其他设备的外壳均用接地线与车体连接，与车体保持等电位。

主电路中还接有多个避雷器191、192。

本发明提供的接地系统是一种轨道交通车辆分散型接地系统，反馈网络电流回到变电站，保护列车上的人员和设备在故障状态下免受高电压的伤害，保护电子设备免受高频或脉冲电流的干扰，安全可靠。图2为本发明轨道交通车辆半列车接地示意图，工作接地与保护接地相互独立，分别接到不同的轴端接地装置然后回流至钢轨22。本发明中，半列车作为一个回流单元，后半列车的接地系统与前半列车对称分布，更加容易实现工程化。

本发明所述轨道交通车辆接地系统，其中车辆包括前后对称设置的两半列车，每一半列车包括四节车体，每一车体对应设置两转向架20，各半列车的头车车体内设有牵引变压器1，牵引变压器1盲端输出点接至车底汇流排21，再通过头车车体对应的两转向架20上的第一轴端接地装置2与钢轨22电连接，相邻的车体之间通过两根短而粗的第一接地电缆3相连，使每节八车单元的车体等电位。牵引变压器1所在车体对应的转向架20上未设置用于保护接地的轴端接地装置；对于未设置牵引变压器1的车体，对应的两个转向架20之一上设有第二轴端接地装置4，车体上的保护接地点5通过对应的第二轴端接地装置4与钢轨22电连接。可以减少转向架20与钢轨22之间的回流，回流电流分布较均匀，减少了电磁干扰，提高车辆电磁兼容性，降低了维修频率。

牵引变压器1设于头车，尾车设置两个第二轴端接地装置4。尾车设置两个第二轴端接地装置4，可以将所有车体的回流电流全部可靠地引流至钢轨22。

头车(TC车)牵引变压器1一次侧的接地称为工作接地，引导牵引电流流回变电所。工作接地中，为了确保电机轴承或车轴轴承中没有电流流过，它们与车体及转向架20之间是绝缘的，齿轮箱悬挂也与转向架20之间是相互绝缘的。

本发明中，半列车回流单元有牵引变压器1的一节车只设置工作接地，引导牵引电流流回变电所；第一节车的回流电流通过后三节车分流，中间两节车只设置了一个第二轴端接地装置4，减少了转向架20与钢轨22之间的回流，减少了电磁干扰，最后一节车设置两个第二轴端接地装置4，将四车单元的回流电流全部可靠地引流至钢轨22。

车体上的保护接地点5与第二轴端接地装置4之间连有第一接地电阻6。第一接地电阻6可以阻止钢轨22回流至车体加大回流电流，以防加速车体的电腐蚀。

对于每个列车单元而言，头车前部设有全自动车钩7，所述车钩7通过第二接地电阻23与头车车体相连，可以防止重联时另一个列车单元回流通过其车体，阻断两列车之间的杂散电流。

每个转向架20通过两根粗细长短一样的第二接地电缆8与对应的车体相连。两条第二接地电缆8可以确保任何一条第二接地电缆8发生故障时不会造成电击隐患。

转向架20通过一根短而粗的第三接地电缆9(铜编织线)与对应的牵引电机11相连，确保牵引电机11外壳不带电。

图2中，由于M1车和T1车上接地系统设置相通，因而仅在M1车处示出接地系统的设置结构，省略了T1车上接地系统的设置结构，但并不影响本领域的技术人员对本发明的理解和实现。

图3为现有技术中轨道交通车辆半列车接地回流示意图，分散接地保护模式下，由于过电压在车体传播过程中，在头车与尾车处发生反射并叠加，因而头车、尾车的回流最大，越靠近中间，回流越小。回流可分为车体回流和转向架20之间回流，其中车体回流从头车、尾车流进，其余车流出；同一节车的前后转向架20与钢轨22构成的回路是使接地回流增大的主要原因，因此，需要通过减少转向架回路来设置分散保护接地方法。

图4是本发明中轨道交通车辆半列车接地回流示意图，在此接地结构中，头四节车为一个回流单元，该四车单元中的头车(TC车)只设工作接地轴端接地装置，TC车的保护电流经车体间的接地电缆分流至后三节车(T1、M1、M2车)的轴端接地装置并回流至钢轨22，中间两节车(T1、M1车)各设一个轴端接地装置，使转向架20之间不构成回路，且在轴端接地装置之前加上第一接地电阻6，阻止钢轨22回流至车体加大回流电流；四车单元的最后一节车设置两个第二轴端接地装置4，将四车单元的回流电流全部可靠地引流至钢轨22。后四节车回流流向与前四节车回流流向对称，因此后四节车保护接地单元的设置与前四节车对称。本发明取消了转向架20之间的回流回路，只存在车体间的回流，回流分布为TC车、M1车流进，T1车、M2车流出，后半车单元回流流向与前半车单元回流流向对称。

对于保护性接地，图1中列车所有的高压设备(受电弓12除外)以及所有的传导部件例如转向架20、牵引电机11外壳、逆变器箱体等都通过低阻抗的接地连接导线(铜编织线)与车体相连，而车本身通过第一接地电缆3相互连接，这确保了所有触碰得到的电气传导部件都基本处于零电位，这对工作人员来说是安全的工作电位，且有效地避免了电磁干扰的困扰，达到轨道交通车辆整车电磁兼容的要求。

在整个接地系统中，车体和钢轨22的电位保持一致，回流不会在车内形成回路。这样万一牵引电路短路时，变电站的短路跳闸开关可正常工作。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种轨道交通车辆接地系统，其中车辆包括前后对称设置的两半列车，每一半列车包括多节车体，每一车体对应设置两转向架(20)，各半列车的某一节车体内设有牵引变压器(1)，牵引变压器(1)通过其所在车体对应的转向架(20)上的第一轴端接地装置(2)与钢轨(22)电连接，其特征在于，相邻的车体之间通过第一接地电缆(3)相连，牵引变压器(1)所在车体对应的两转向架(20)上未设置用于保护接地的轴端接地装置；对于未设置牵引变压器(1)的车体，对应的两个转向架(20)中，仅一个转向架(20)上设有第二轴端接地装置(4)，车体上的保护接地点(5)通过对应的第二轴端接地装置(4)与钢轨(22)电连接。

2.如权利要求1所述的轨道交通车辆接地系统，其特征在于，牵引变压器(1)设于头车，尾车设置两个第二轴端接地装置(4)。

3.如权利要求1所述的轨道交通车辆接地系统，其特征在于，车体上的保护接地点(5)与第二轴端接地装置(4)之间连有第一接地电阻(6)。

4.如权利要求1所述的轨道交通车辆接地系统，其特征在于，头车前部设有车钩(7)，所述车钩(7)通过第二接地电阻(23)与头车车体相连。

5.如权利要求1所述的轨道交通车辆接地系统，其特征在于，每个转向架(20)通过两根第二接地电缆(8)与对应的车体相连。

6.如权利要求1所述的轨道交通车辆接地系统，其特征在于，转向架(20)通过第三接地电缆(9)与对应的牵引电机(11)相连。