地铁车辆保护接地技术

地铁车辆保护接地技术

张持钰

苏州市轨道交通集团有限公司运营一分公司  江苏苏州  215000

摘要：在“绿色出行”的背景下，城市地铁交通的发展趋势日益明显，因此，采用地面交通的方法对提高城市地铁交通的安全性至关重要。所以，对地铁列车的接地控制进行研究具有十分重大的意义。本文针对这一现状，开展地铁行车中的防护接地和工作接地两种方式的研究，希望能够提高我国城市地铁交通的安全性和可靠性。

关键词：地铁车辆；接地技术；安全运行

在现行的接地防护规范中，对于地表工程中的电力装置的接地防护做了较为详尽的规范，但是对于地铁车辆的接地保护，目前还没有一套比较完善的规范。虽然与一般的地上工程中的电力设备接地保护比较起来，地铁车辆保护接地的方式比较独特，但是在实践中，它的接地保护仍然存在着一些共性。在列车的行驶过程中，对电力装置施加过零电压，把每个列车的车身等效为一个零电势等势体，因此，在开展接地线路的设计时，必须要考虑到车辆的行驶特性[1]。在线路发生短路或遭受雷电冲击时，列车处于零电位状态，可以有效避免列车通过感应电压引起的较大的电流，从而影响列车的平稳行驶。可以说，列车上的接地装置是否合理，直接关系到整个列车的供电及其它电器装置能否正常工作。保护接地的设置旨在防止车辆用电设备或露出的设备泄漏，从而危及人身安全，而工作接地的设计则是保证地铁车辆电力系统的平稳运转，给广大乘客带来安全方面的保障。

1地铁车辆保护接地概述

地铁车辆的防护接地是指将列车内部的电气设备和车体的外壳、金属设备以及车辆金属构件与车体的连接，从而实现地铁车辆中的全部电气设备、车体以及金属构件、车钩和转向架以及电动机的零电位状态[2]。另外，为防止人身伤亡，在地铁车辆中采用的380V中压和110 V低压均采用相同的接地保护措施，上面所说的零电位指的是车身，而在实践中，一般将380 V中高压母线中的 N线路和110V的低压负母线与车身相连，从而保证 N线路和负母线到地面均处于相等的电位，也就是所谓的“零值”。

2地铁车辆保护接地技术

2.1保护接地

2.1.1等电位连接

在城市地铁交通中实现等电势联接，是将梁和侧壁等导体构件与车身之间的阻抗较小的联接。因为每个车身都是用一根导线相连的，所以每个车身都是等电势，这样就不会因为车上的某些带电金属构件发生了故障而接触到导体等电势，而列车上的荷电也会通过接地对排出到铁轨上。

2.1.2防触电设计

5mA以上的电流会使人感到麻木疼痛，10 mA以上的电流会危及人身安全。地铁车上各种电气装置的工作电压通常是380V或者750V，所以当供电电源线与壳体之间的绝缘发生了破损，就会导致盒壳和地面之间产生很大的电势差异，如果有人在这个时候触碰到盒体，就会被突然的大电流给造成死亡。在工程实践中，一般采用的是镀锡软铜丝做接地保护。

2.1.3防雷击设计

在车身受到雷电冲击时，会产生大量的电流，高达200-300kA，大电流经过车身时，会导致车载各种电子装置失灵，从而危及车辆的安全性[3]。在工程实践中，一般采用在各列车顶部安装避雷针，使雷电通过地面排出，从而保障车载电器在受到雷电冲击后依然能够工作，从而保障车辆的安全可靠运行。

2.2工作接地

2.2.1回流

城市地铁交通一般采用6节车厢结构，并在车厢下部安装备用换流器。在工程实践中，一般把工作地线作为供电回流线，也就是第一、第二列车辆的电流由第二节车厢内的隔离线缆排出，最后通过接地刷进入铁轨，而末列列车的回流线是通过排出的接地刷排出，整个车辆都是通过铁轨来实现负极的返流，一般由锡铜线缠绕而成。

2.2.2电位参考

在车辆的电势基准设计中，通常采用的是三相四线制，其中中线与铜、地相连，以保证车辆的备用逆变器在运转时，保持其对地的稳定。此外，这种结构还可以方便地把380V的直流电源引出来，如果采用三相三线系统，就不必把中间线路直接接地了。

2.2.3屏蔽接地

由于屏蔽线表面是一个封闭的金属网格，因此，大多数的电磁能量都会通过该网格向地下逸散，但是要考虑到线缆的屏蔽层要与地面相连接[4]。不同种类的屏蔽层，其接地方法因其信号频率而异，仅通过单端接地就能实现屏蔽，而在信号频率太高的情况下，还需要考虑屏蔽电缆的阻抗，如果这个时候仅展开单端接地，那么噪音电流就会在屏蔽层上引起电压下降，从而对屏蔽性能造成不利的影响，如果在高频情况下，还要将其两端接地，以保证最佳的屏蔽性能。

3地铁车辆保护技术的优化

3.1中压交流并网供电故障策略

在中压母线上设有中压母线接触器，通过对其控制线路进行优化设计，使其并联成一台备用发电机，用于厂用电系统当中的压母线，整列均设有中压母线，中压母线对中压负荷同步供电，并通过总线接触器将中压母线和厂用电源分开[5]。通常，汇流排触点是合闸的，用电是并联的；当发生母线发生短路时，因母线触点对短路母线进行绝缘，可确保空载压力机组仍能正常运行。中压母线上设置了一个单独的过电流保护，在出现负荷异常的情况下，中压母线和负荷之间的联系必须被切断，从而防止了低压母线的损坏，使 SIV能够顺利地起动和接入电网。

3.2低中压系统保护接地

这个系统包括了列车的照明设备、空气压力机组和空气调节设备等，如果在低压系统的接地出现了问题，就会导致线路发生短路，如果发生了比较大的问题，那么就会危及到列车的正常运转，因此，为了保证低压电网的安全，必须在低压电网上安装一个保护接地装置。保护接地包括低压电流的保护接地和中压母线保护接地这两种，低压母线保护是通过连接接地电阻、母线和车体构成等电位；中压母线的保护与接地是把中压母线的 N导线与车身相连，实现了对电网的安全防护。

3.3低压直流110V保护接地

目前在城市地铁交通中采用的110V母线的接地方式，其作用是将接地电阻以及母线和车体连接起来，使车体处于等电位状态。另外，为了减小车身和装置产生的杂流对控制环的干扰，还提出了一种单一接地方法。虽然这样可以保证对地面的需求，但是随着城市地铁交通的持续发展，对其运行的可靠和安全也提出了越来越高的需求，因此，必须对低压保护母线进行改善，这样可以降低由装置电压波动引起的控制环路的变化，还可以降低对装置的短路电流的破坏。DC110V直流输电线路出现了接地故障，如果接地电流超出了设置的临界值，则在短路电流的影响下将导致开关跳断，利用 TCMS监测开关的运行情况，在驾驶员显示屏上看到开关被切断的情况[6]。开关关断后，TC车辆的接地电阻要大于一般的阻抗，DC110负母线等效地电阻可以使短路电流保持在一个相对较小的范围内，从而降低控制回路开关的几率。所以，就算没有将接地故障排除，在这种情况下，也不会对装置造成任何的损伤，所以，控制回路可以继续工作，不会影响到列车的正常运转。在实践中，我们可以看到，在使用过程中，屏蔽层误接在了电源的正级上，也可能是由于低压设备正端直接对地造成的，这类故障的故障电源并不高，所以根据车辆使用的经验，通常将其设定为0.5A。

4结束语

地铁列车是由微弱电流和强电流组成的，目前的电磁环境非常复杂，对控制和信号提出了更高的要求。为了保证车辆的安全性，必须建立一套行之有效的、合适的接地装置。车辆的接地能够有效的防止电磁干扰，雷电和泄漏电流，保证车辆的安全和设备的正常运转。

参考文献

[1]赵少鹏,刘军,王怡.复杂地铁保护工程中自动化加密监测方法探讨及应用[J].地基处理,2023,5(S1):138-144.

[2]郝峰.地铁直流逆流保护误动作分析[J].电气化铁道,2023,34(S2):159-161.

[3]陈俊林,祖公博,曾小辉等.地铁隧道正上方基坑施工地铁保护技术研究[J].建筑机械化,2023,44(11):62-65.

[4]刘亮,周浩.继电保护在地铁牵引变电所的应用[J].运输经理世界,2023,(31):1-3.

[5]杨兵,许利利.地铁车辆保护接地技术研究[J].自动化应用,2019,(05):150-151.

[6]李张群,谭万忠,钟杰.地铁车辆保护接地技术研究[J].现代城市轨道交通,2018,(04):30-34.