軌道交通車輛變流系統接地故障檢測機制的研究

盧金國

摘要：社會和國家的發展，隨之而來的就是對人生的安全和財產的安全，越來越看重。在交通軌道列車安全來說，軌道交通車輛變流系統接地故障檢測機制是否完善安全是尤為重要的。本文將主要淺談分析軌道交通車輛變流系統牽引變流器和輔助變流器接地保護的運行原理、工作方法和拓撲結構，以此來增強我國的軌道交通安全性，從而加強我國發展。

關鍵詞：軌道交通車輛;變流系統;接地故障;檢測機制

一、牽引變流器接地保護工作原理

對動車組進行接觸網取電，對其牽引變流器電氣拓撲結構運用與其他變流器運用一種變流系統不同，使用的是兩種變流系統即為交直交變流系統，這種特殊的電氣拓撲結構也和其他的電氣拓撲結構有所不同，特殊之處在于里面分為四象限整流器，其模式簡稱為1+3模式，具體內容就是一個中間的直流環節加三個牽引逆變器部分，因為軌道車輛從兩種大小不同的直流牽引的供電系統中各自取電，所以導致牽引變流器在電氣結構中缺少單項整流功能。通過以上理論中車輛牽引變流器中主電路的結構和供電制式的特殊性，總結出了一下兩種接地保護情況，第一種是供電牽引系統接地故障保護，第二種是對于具體的軌道交通施工應用情況，選擇不同的接地故障檢測方法。

（一）供電牽引系統接地故障保護

第一，接地電流檢測保護方式。需要讓牽引變流器內部的直流母線負線進行接地，這里選擇CRH5型動車組為例。并通過電流傳感器對其接地方式進行接地保護，這種接地保護方法結構不復雜。當內部直流母線正線接地、四象限整流器交流輸入側接地、牽引逆變器輸出側接地出現故障時，可以使用負線電流傳感器來檢測，當電流遇到保護閥時牽引變流器內部可以檢測出故障位置。以上這種檢測方法可以通過電流保護閥呈現保護動作，但是其也有一些缺點，最大缺點就是在內部直流母線負線直接接地的過程中，促使發生故障的線路自動出現兩點間的接地短路，如果這種短路情況沒有及時被發現，那么短路電流將會導致功率器燒壞。第二，分壓電阻檢測保護方式。該方式是用中間直流線路串聯通兩個電阻，然后將電阻中間接地，并且固定阻值，運用傳感器直接檢測電阻電壓。

（二）直流供電的牽引系統接地故障保護

一般軌道交通都采用的直流供電或者回流供電的方法，比如地鐵車輛、底板有軌電車等，回流方式主要有鋼軌回流和接觸線回流，這兩中回流方式差異較大。第一，鋼軌回流接地故障保護方法，該方法通過對鋼軌回流的車輛接地故障進行保護，在這種方式下，車輛發生故障時，高壓線主斷路器會自動跳閘，以此保護車輛電氣。車輛一般通過接地電阻和鋼軌負線連接的方法，可以有效防止車輛出現環路電流，通過將車輛和鋼軌負線進行連接，以此避免接地故障對車輛正常運行產生影響。第二，接觸線回流接地故障保護方法，這種方法主要用于解決不通過鋼軌回方式進行運行的單軌電車接地故障問題，單軌電車采用的是雙弓受流的方法。供電系統接地故障保護方法如下，先選擇一臺接地裝置，把接地裝置和和車體進行連接在車站內部，這可以有效減少列車在運行過程中出現的不安全事故，從而保護了群眾的人生安全和財產安全。另一方面作為跨座式單軌列車接地出現的故障情況，可以將地繼電器直接和地面連接通過變電站負線連接，首先通過負線連接接地繼電器和車體進行連接，最后通過接地裝置連接到地面。這種接地方法會發生兩種不同的情況，但是都是通過變電站接地保護牽引變流器來連接接地故障檢測裝置進行接地故障檢測[1]。

二、輔助變流器接地保護工作原理

（一）N線接地檢測保護

接地檢測保護是使用輔助變流器輸出側N線后從而進行的保護，這種保護方法的優點就是更大程度的可以保證變流器輸出N相電流的平穩，并且如果出現了故障在接地電平和輔助變流器三相輸出過程中，輔助變流器可以更方便準確的檢測到輸出電流短路情況，從而進行自動有效的保護。當車輛輔助系統并聯運行時，單車發生接地故障時，需要移除輔助，這樣提高系統的繁雜，以上保護原理方法可得知輔助變流器接地保護工作原理十分完善，可以在供電系統車輛運行中采用N線接地故障檢測方法。

（二）阻容電壓檢測保護

該方法是針對于N線接地檢測的弊端提出的一種新方法，可以將串聯電阻和電容連接到輸出側N線和箱體之間，這樣做的目的就是方便可以通過檢測兩端不同的電阻和電容兩端的電壓來分析和判斷接地故障是否出現。如果輔助變流器三相輸出發生接地故障時，支路會出現漏電流現象，電壓為恒定值，如果發生變化就會被電壓傳感器檢測出，已經超過了保護閥值，可以明確接地故障，便可以及時有效的自動啟動保護功能。該方法既可以有效檢測出接地故障，也可以改善N線檢測方法的不足，因此是一種較為穩定的接地故障保護方法。

三、仿真測試

在對以上接地故障檢測方法進行分析后發現，如果采取內部直流母線負線接地方法、接地檢測保護方法進行接地故障檢測時，將會出現短路大電流問題，對于分壓電阻或者阻容電壓檢測的方法可以實現單點接地故障檢測，確保軌道交通車輛變流系統運行穩定和安全。對此需要對分壓電阻檢測方法進行仿真測試，該測試選擇了牽引變流器進行測試。先采用科學的參數標準，首先檢測地接故障效果在非短路情況下，然后為了方便后期的分析和觀察，我們可以假設地接檢測的電壓值是電壓傳感器的周期值。然后就可以進行專項測試對接地故障保護的各種不同方法：第一，內部直流母線正線接地;第二，四象限整流器交流輸入側接地，由于這兩種地接故障保護方法的電壓周期平均值是不同的，因此可以對這兩種方法平均值變化情況進行討論和分析。以上仿真測試結果發現，分壓電阻檢測方法的牽引變流器可以在單點接地故障下正常進行運行，檢測的接地電壓值和內部中間直流電壓值符合計算標準[2]。

四、結束語

總之，通過以上分析后發現，牽引變流器內部直流母線負線設計是沒有條件過于嚴苛的要求的，如果采用的是分壓電阻檢測的方法，那么無法直接的檢測到接地故障情況在兩點短路過流時，而接地電流檢測的方法在對接地故障進行檢測時會產生短路情況，對于這種情況需要及時進行保護處理，避免對功率器造成破壞。另外，由于跨座式單軌列車牽引系統負線回流無法進行接地，因此接地故障檢測裝置檢測是必須的，不僅如此還可以在變電站和車輛運行線路中發生的故障中進行檢測。對于輔助變流器而言，阻容電阻檢測保護方法可以不需要在兩點短路內部進行接地故障檢測，這種方法相比較于直接接地檢測更加安全。因此，以上研究結果可以對軌道交通車輛變流系統接地故障檢測機制進行完善。

參考文獻

[1]王雄，宋郭蒙，黃南，等.軌道交通車輛風冷散熱器傳熱優化研究[J]，2021.

[2]鄧琴. 地鐵排流網系統的設計研究[D]. 西南交通大學.