高速動車組工作接地電流試驗研究

鄧學暉，陳國鋒

（中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130062）

高速動車組工作接地電流試驗研究

鄧學暉，陳國鋒

（中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130062）

基于現(xiàn)場試驗，在高速動車組以時速300km的牽引功率運行前提下，對動車組牽引變壓器接地端設置兩路工作接地和三路工作接地2種情況下的工作接地電流進行對比測試，分析工作接地電流的變化趨勢及變化原因。在牽引變壓器接地端設置兩路工作接地時，在工作接地變化的一個周期內，各路工作接地電流幅值的變化區(qū)間為90～210A，每路工作接地呈現(xiàn)同等的泄流能力；設置三路工作接地時，各路工作接地電流幅值的變化區(qū)間分別為90～190A、100～170A和20～75A，每路工作接地的泄流能力不同。分析結論為進一步優(yōu)化動車組的工作接地方式提供參考。

高速動車組；工作接地；接地電流；現(xiàn)場試驗

0 引言

高速動車組的工作接地是牽引電流回流至牽引變電所的泄放通道，高速動車組受電弓從接觸網(wǎng)上取得牽引電流，牽引電流通過高速動車組車頂高壓電纜傳輸至牽引變壓器，牽引變壓器設有工作接地端子，牽引電流通過牽引變壓器接地端設置的工作接地傳輸至輪對并流入鋼軌，最終回流至牽引變電所，動車組工作接地直接關系著動車組的安全穩(wěn)定運行，一旦工作接地出現(xiàn)問題，會導致動車組牽引電流回流不暢，給動車組的安全運行帶來安全隱患[1]。

針對我國列車的接地問題，相關學者進行了大量研究。針對車體轉向架電氣接地問題，張維國首先對客車轉向架車體接地電流進行測量，提出應進一步研究接地線電流對軸承的影響[2]。文獻[3]進一步分析了接地電流對軸承電蝕的影響，并提出加裝軸端接地裝置的方法減輕軸承的電蝕損傷。文獻[4]介紹動車組齒輪箱接地裝置中接地碳刷的用途、性能，并比較國產碳刷與進口碳刷的優(yōu)劣，為碳刷的國產化研究提供依據(jù)。針對我國已運行動車組，裴春興系統(tǒng)總結了CRH1、CRH2、CRH3和CRH5四種類型動車組的接地方式，并對CRH3型動車組接地參數(shù)進行統(tǒng)計和計算分析，為動車組的接地工程設計提供參考[5]?；贑RH380BL型高速動車組，文獻[6]比較2種不同保護接地方案，提出保護接地的改進方案，在充分保證車體與鋼軌等電勢的同時，盡可能減小流經(jīng)車體的電流。文獻[7]對動車組接地電流進行仿真分析，并提出通過加接地電阻的方法來減小車體環(huán)流。文獻[8]比較幾種動車組的接地方式，提出動車組接地方式的一種優(yōu)化方案，并對這種接地方法進行試驗分析。文獻[9]比較車體各類接地方式的特點，研究接地方式對車體浪涌過電壓的影響。

目前，我國各類動車組工作接地方式不盡相同，對于動車組工作接地方式的試驗分析并不多見，有必要對動車組的工作接地方式進行試驗研究。基于現(xiàn)場試驗，通過對動車組2種工作接地方案下的接地電流進行測試分析，揭示動車組工作接地電流變化規(guī)律，為動車組工作接地系統(tǒng)的設計提供數(shù)據(jù)支持。

1 動車組工作接地電流測試試驗

1.1 試驗裝置

試驗裝置主要包括高精度電流鉗傳感器（見圖1）、高速數(shù)據(jù)采集器（見圖2）、PC機等。

圖1 高精度電流鉗傳感器

圖2 高速數(shù)據(jù)采集器

1.2 試驗原理

動車組工作接地電流測試原理見圖3，工作接地電流現(xiàn)場測試見圖4。高精度電流鉗傳感器固定在動車組工作接地電纜上，捕捉工作接地電流信號，高精度電流鉗傳感器的另一端通過同軸電纜與高速數(shù)據(jù)采集器相連，高速數(shù)據(jù)采集器在獲得工作接地電流信號后，通過同軸電纜將信號傳輸至PC機顯示并保存。

圖3 工作接地電流測試原理

圖4 工作接地電流現(xiàn)場測試圖

2 數(shù)據(jù)測試結果分析

2.1 設置兩路工作接地

基于CRH380B型高速動車組的工作接地方式，在哈大高鐵進行工作接地電流測試。CRH380B型高速動車組工作接地設置在2車的2軸、3軸與7車的2軸、3軸。CRH380B型高速動車組的工作接地方式見圖5，工作接地設置具有對稱性。工作接地電流分別由2車2軸、3軸的軸端接地裝置流入泄流輪對，然后流入鋼軌回流至牽引變電所。

圖5 CRH380B型動車組工作接地方式

試驗現(xiàn)場設置數(shù)據(jù)采集器的采樣頻率為1 kHz（即1 000個數(shù)據(jù)采樣點代表采集時間為1 s），在動車組以時速300 km的牽引功率運行時，選取其中一段試驗數(shù)據(jù)見圖6。

圖6 牽引變壓器接地端設置兩路工作接地試驗結果

由圖6可知，2車的牽引變壓器原邊接地總電流幅值為300 A，2車2軸、3軸的工作接地電流呈現(xiàn)周期性變化，變化周期約為16 s，工作接地電流的變化周期與鐵路相鄰兩條吸上線設置的距離有關。在工作接地電流變化的一個周期內，2車2軸的工作接地電流幅值由最小值90 A緩慢增大到210 A，再迅速減小至90 A，呈現(xiàn)出先緩慢增大再迅速減小的變化趨勢。同時，在同一對應的變化周期內，2車3軸工作接地電流幅值由最大值210 A緩慢減小至90 A，再迅速增大至210 A，呈現(xiàn)出先緩慢減小再迅速增大的變化趨勢。從整體的測試結果來看，2車2軸工作接地和2車3軸的工作接地表現(xiàn)出同等的泄流能力。

在工作接地電流變化的一個周期內，2車2軸工作接地電流幅值在短時間內由最大值迅速減小到最小值，2車3軸的工作接地電流幅值由最小值迅速增大到最大值，兩路工作接地電流的迅速變化過程見圖7。

圖7 動車組工作接地電流迅速變化過程波形圖

由圖7可知，2車2軸的工作接地電流幅值達到最大時，2車3軸的工作接地電流幅值正好為最小值，這是因為在高速動車組移動過程中，2車2軸的工作接地泄流輪對首先到達吸上線位置，工作接地電流由2車2軸工作接地泄流至鋼軌后，可直接通過處于2車2軸輪對處的吸上線流向回流線，然后回流至牽引變電所。在2車2軸工作接地泄流輪對到達吸上線位置時，工作接地電流通過2車2軸處設置的工作接地回流的阻抗達到最小值，所以2車2軸的工作接地電流幅值達到最大值，單個變壓器的牽引電流幅值為300 A保持不變，故此時2車3軸的工作接地電流幅值達到最小值。2車2軸、3軸的工作接地電流幅值達到最大值時的時間差約為0.24 s，動車組運行0.24 s后2車3軸工作接地泄流輪對也恰好到達吸上線位置，試驗數(shù)據(jù)和實際情況一致。

2.2 設置三路工作接地

基于中國標準動車組的工作接地方式，在大西客運專線進行工作接地電流測試，中國標準動車組的變壓器原邊接地端設置三路工作接地，工作接地電流通過工作接地電纜由3車2軸、3軸、4軸的接地裝置泄放至鋼軌。中國標準動車組的工作接地方式見圖8。

數(shù)據(jù)采集器的采樣頻率同樣設置為1 kHz，工作接地電流測試結果見圖9。

圖8 中國標準動車組工作接地方式

圖9 牽引變壓器接地端設置三路工作接地試驗結果

由圖9可知，三路工作接地電流同樣呈現(xiàn)周期性變化，在工作接地電流變化的一個周期內，3車2軸的工作接地電流幅值由最大值190 A緩慢減小到最小值90 A，再迅速增大至190 A，呈現(xiàn)出先緩慢減小再迅速增大的變化趨勢。3車3軸、4軸的工作接地電流整體變化趨勢大體一致，接地電流幅值均呈現(xiàn)出先緩慢增大再迅速減小的變化趨勢。3車3軸的工作接地電流幅值由最大值170 A緩慢減小到最小值100 A，再迅速增大至170 A，3車4軸的工作接地電流幅值由最大值75 A緩慢減小到最小值20 A，再迅速增大至75 A。

由以上分析可知，三路工作接地泄流能力不同，3車2軸、3軸的工作接地泄流能力大致相當，4軸設置的工作接地泄流能力最弱。

中國標準動車組工作接地電流的迅速變化過程見圖10，3車2軸、3軸、4軸工作接地電流幅值達到最大值時對應的數(shù)據(jù)采樣點分別為430、160和130，三者時間差值分別為0.27 s和0.03 s。在4軸工作接地泄流輪對通過吸上線位置后，經(jīng)過0.03 s，3軸工作接地泄流輪對也大致達到吸上線位置，再經(jīng)過約0.27 s，2軸工作接地泄流輪對達到吸上線位置。綜上分析可知，各路工作接地泄流輪對和吸上線之間的距離變化影響工作接地電流的變化過程。這也與CRH380B型高速動車組工作接地電流試驗結論相符。

圖10 中國標準動車組工作接地電流迅速變化過程波形圖

3 結論

基于現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)，通過分析牽引變壓器接地端設置兩路工作接地和三路工作接地2種情況下的工作接地電流變化規(guī)律，得出如下結論：

（1）設置兩路工作接地時，單個牽引變壓器的總工作接地電流幅值為300 A，兩路工作接地電流均呈現(xiàn)周期性變化趨勢，各軸工作接地電流幅值的變化區(qū)間為90～210 A，兩路工作接地呈現(xiàn)同等的泄流能力。

（2）設置三路工作接地時，在工作接地電流的變化周期內，各路工作接地電流幅值的變化區(qū)間分別為90～190 A、100～170 A和20～75 A，各路工作接地的泄流能力不同。

（3）工作接地泄流輪對和吸上線之間的距離變化影響工作接地電流的變化過程。

[1] 張長青．高鐵CRH380A（AL）型動車組的接地保護 可靠性分析[J]．中國鐵路，2014(1)：46-48．

[2] 張維國．客車車體轉向架電氣接地問題探討[J]．鐵 道車輛，2000，38(11)：21-23．

[3] 吳利鋒，郭建良．關于發(fā)電車轉向架接地系統(tǒng)的改 進建議[J]．鐵道車輛，2009，47(7)：42-43．

[4] 劉瑩，陳維金，李楓，等．高速動車組齒輪箱 接地裝置用碳刷性能對比試驗[J]．機車車輛工藝， 2011(6)：37-38．

[5] 裴春興，李娜，賈楠，等．高速動車組接地技術分 析和研究[J]．鐵道機車與動車，2014(8)：17-21．

[6] 李軍，袁德強．CRH380BL型動車組保護接地試驗研 究[J]．鐵道車輛，2012，50(11)：31-33．

[7] 劉東來．高速動車組接地技術研究[D]．成都：西南 交通大學，2013．

[8] 李石．動車組保護接地方案研究[D]．北京：北京交 通大學，2013．

[9] 高國強．高速列車運行狀態(tài)暫態(tài)過電壓機理與抑制 方法的研究[D]．成都：西南交通大學，2011．

Test and Research of Working Grounding Current of High Speed EMU

DENG Xuehui，CHEN Guofeng
（CRRC Changchun Railway Vehicles Co Ltd，Changchun Jilin 130062，China）

The two-way working grounding current and three-way working grounding current which are set at the grounding end of EMU traction transformer are compared and tested based on field test under the premise that the high speed EMU is powered under the speed of 300 km/h, and the variation tendency and reasons of working grounding current are analyzed. In case of two-way working grounding current ,during one cycle of variation, the variation amplitude of both working grounding currents is between 90 A and 210 A, and both present the same discharge capability; In case of three-way working grounding current, the variation amplitudes of three working grounding currents are 90～190 A, 100～170 A and 20～75 A separately with different discharge capabilities. The conclusion will provide references for improving the working grounding way of EMU.

high speed EMU；working grounding；grounding current； field test

U264.3

A

1001-683X（2017）08-0053-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.08.053

鄧學暉（1980—），男，高級工程師。

E-mail：59074043@qq.com

責任編輯 高紅義

2017-03-06