天津2號線延長線贈購車接地系統設計

陳士勇　盧睿

【摘 要】本文闡述了地鐵車輛接地的重要性，以及接地系統理論的相關標準，接地的相關結構，接地技術要求。并基于天津地鐵2號線贈購車車輛的具體接地設計，接合接地原理圖來說明如何實現地鐵車輛工作接地、屏蔽接地、保護接地。

【關鍵詞】標準；回流接地；屏蔽接地；保護接地

【Abstract】This document described the importance of grounding for metro vehicles， and the relevant standard of grounding system theory， the relevant structure of grounding and grounding technical requirement. On the basis of specific grounding design of the additional purchased vehicle of Tianjin Metro Line 2， it is specified how to realize the working grounding， shielding grounding and protection grounding of metro vehicles in connection with the grounding schematic diagram.

【Key words】Standard； Current-return grounding； Shielding grounding； Protection grounding

0 前言

隨著區域經濟和城市群的發展，城市軌道交通起著連接這些地區的作用，城際車和地鐵車輛等伴隨其大規模發展，地鐵車輛的安全可靠性是保證城市內和城市之間高速鏈接的關鍵，因此對車輛安全要求十分重要，尤其是電氣系統的接地設計極為重要。

地鐵車輛等動力來源于電機，電機是通過受電弓或受流器從車輛外部的接觸網或第三軌引入高壓1500V或750V直流電，經過牽引逆變器等進行變頻變壓逆變出交流電提供給車輛電機，通過鋼軌回流，連接到較近變電所，構成完整回路。

車輛牽引系統由VVVF供電，輔助系統，信號系統，通訊系統，乘客信息顯示系統等都由SIV和蓄電池提供110V電源。為了車輛上各個設備正常運行，保護乘客人身安全，我們就必須采取各種措施來消除由設備用電而產生的大量諧波和電磁干擾。這個措施即有效的屏蔽處理，合理的接地設計。

1 車輛描述

天津地鐵2號線延長線增購車是在原天津地鐵2號線的設計基礎上，保持信號系統，火警系統，PIS系統等不變，將牽引系統和制動系統國產化的項目。此項目可以有效緩解天津地鐵公司開通至機場線后帶來的運輸壓力。

列車采用三動三拖， 具體編組方式：

*Tc · M * M · T * M · Tc * （初、近、遠期）

其中：

Tc …… 帶司機室的拖車；

T …… 不帶司機室的拖車；

M …… 動車；

· ……… 半永久性牽引桿；

*…半自動車鉤（司機室前端車鉤具備自動氣動氣路解鉤功能）。

受電方式為750V直流第三軌下部接觸受電。

2 接地系統理論

2.1 相關的標準

《標準EN50153》規定：當車體或轉向架與鋼軌間采用滑動或柔性連接時，每臺車至少需有兩個這樣的連接通路，且其中一路的故障應不會引發損害或有電擊的危險。兩條通路都應能目視檢查。通路應該有一定的截面積，以承受所有流過的電流，同時應考慮流經鋼軌的電流和故障電流。

《標準EN50153》規定：軸承不能作為電流回路的一部分。

《標準EN50153》規定：機車、動車、客車車體與保護性導體間的最大阻抗為0.05歐姆。 以及《EN 50121-3-2-2000鐵道應用-電磁兼容性-機車設備》；

《EN 50155-2001鐵路應用——機車車輛上使用的電子設備》等標準。

2.2 接地結構

2.2.1 工作接地

工作接地有叫回流接地，車輛上用電設備分高壓用電設備和低壓用電設備。高壓用電設備有1500V或750V直流用電設備；低壓用電設備的380V和220V交流用電設備，有110V和24V直流用電設備。

高壓用電設備上的“正”通過受電弓或者受流器導入設備，而高壓電源的“負”，通過回流電纜連接到回流裝置，再連接到鋼軌上，回流到最近的變電所。車輛需要回流的高壓設備包括：牽引逆變器VVVF，需要通過接地開關箱連接到地（電機接地線），輔助電源箱SIV需要通過接地開關箱連接到地（軸端接地）。還有車輛上的空調用空壓機為380V，需要做單獨的的回流接地。

低壓用電設備的“正”來自于SIV逆變出的380V再整流得到110V直流電。低壓電源的“負”，通過回流電纜連接到低壓的回流裝置，再連接到鋼軌上，回流到最近的變電所。分為110V控制回流接地和24V控制回流接地，低壓系統包括：車輛控制系統、乘客信息顯示系統、火警系統、通訊系統、信號系統等系統，以及車輛控制繼電器、接觸器、時間繼電器等設備。

2.2.2 屏蔽接地

車輛的信號系統、通訊系統、信顯系統中應用了大量的低壓信號傳輸，這些信號多采用多芯屏蔽線，CAN總線，MVB總線、以太網線等電纜，對于上述的線纜需要做等電位屏蔽，因為這樣可以有效的提高通訊質量，降低信號傳輸中共模干擾。通過整車的等電位連接，消除信號屏蔽層因接地點存在電位差而產生共模干擾的情況，提高通訊設備工作時的信噪比。

2.2.3 保護接地

保護接地即設備外殼和車體即參考地連接起來，設備漏電流是通過接地線纜導入地，防止人體直接或間接觸點，起到對設備和操作人員保護的作用。車輛上所有的導電可接觸到的設備以及零部件都需要做保護接地。例如車下的VVVF，SIV，蓄電池箱，電機，轉向架等，車上的電器柜及內部設備，司機室操作臺及內部設備等，通訊設備外殼也必須采用專用的低電阻接地電纜進行接地保護，也可以對設備做到一定的電磁兼容保護。

2.3 技術要求

工作接地是為了車輛設備的正常運行提供有效的負端，要考慮設備額定功率，設備的過電流大小，是否對接地有特殊要求，高壓用電接地和低壓接地要分別接在不同的轉向架上，并且通過均壓線將高低壓連接起來。接地匯流裝置要和車體絕緣，盡量在轉向架附件設置匯流裝置，并在車輛中心處設置匯流裝置，多個匯流裝置要保證均勻分布在車輛上，匯流裝置之間的線纜阻抗要盡量一致。

屏蔽接地按照各個子系統對屏蔽線纜的特殊要求進行單端或雙端屏蔽接地，并遠離高壓線纜，避免在同一環境走。有平行走線時要保證不同EMC電纜離別之間的距離，有交會時，線纜層90°夾角。具體按照TB/T 3153-2007第 6條EMC要求來實施。見表1和表2。

保護接地按照TB/T3076第六條針對間接接觸的防護措施來執行，要保證保護等電位連接和保護接地定額。車輛上所有的導電可接觸到的設備以及零部件都需要做保護接地，外漏導部分應連接至車體或相關構件上，并采取預防措施防止接地點阻值因腐蝕或疲勞等增加。

3 實際設計接地系統

根據上述描述的接地相關標準技術要求和接地結構，針對天津2號線延長線增購車輛來具體設計。

3.1 功能接地設計

圖1為整列天津2號線延長線贈購車接地系原理圖。將車輛按照TC，M/M1，T分開，對每節車輛設置相應的接地開關箱。以TC車為例，TC的接地開關箱命名為IGS，設有高壓開關和低壓開關。TC車的SIV的750V負端回流與IGS的高壓開關連接再連到匯流排1，匯流排1直接連接到轉向架軸端接地EB2上；TC車輛低壓回路負端包括車輛110V、蓄電池110V和24V用電設備的回流負端通過分線箱和鋁管接入IGS的低壓開關上，再接到匯流排2，匯流排2分別和匯流排1和3連接，通過匯流排1和3連到軸端接地點；SIV充電機的110V負端直接連接到匯流排3上，SIV的380V負端先接到高壓開關箱的端子排上和車上的380V空調空壓機負線匯流，再連接到匯流排3上，由EB3統一流入鋼軌。三個匯流排通過95平電纜兩兩相連，保證線纜有充足載流量和回流冗余。

3.2 屏蔽接地處理

屏蔽接地可以分雙端屏蔽，單端屏蔽，具體根據各個子系統對屏蔽要求的不同來確定采取的接地方式。列車上線纜的接地和屏蔽原則：圖2為等電位雙端屏蔽連接示意圖；圖3為不等電位的兩端屏蔽線連接方式；圖4為跨越不同車廂線纜的屏蔽線連接方式要求圖。

通過上述幾種連接示意圖，我們可以對電子元件進行電磁屏蔽保護，用以解決用電設備以防外部電氣干擾的最好方法是將元件外殼接地并對所有電纜進行屏蔽。

因此，應當遵守持久的低電阻且低電感的接地原則，接地電阻應少于4歐姆。設計時避免使用與信號系統、信顯系統同頻率段，降低干擾。

3.3 保護殼體接地連接

設備殼體保護接地連接是將車輛用電設備的外殼通過相應截面積的扁平接地電纜將設備外殼與車輛車體等電位連接，車體的通過接地電阻與接地匯流排連接，再接至軸端接地。避免因靜電感應，使機殼上積累過多電荷，產生高電壓，導致設備內部放電造成干擾。

4 結論

合理可靠的接地設計能夠有效的保護用電設備和人身安全，防止觸電事故發生，保證乘客安全和車輛無故障運行，經濟價值不言而喻。

通過天津2號線贈購車的理論和實踐結合，來滿足地鐵車輛的設計要求，提高車輛的安全和可靠性。本文也存在不足之處，希望通過學習更多的專業知識，豐富自己，以后能夠設計處更優更可靠的地鐵車輛。

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[責任編輯：湯靜]