地鐵車輛保護接地技術研究

佟志欣

中車大連機車車輛有限公司 遼寧大連 1 1 6 0 2 1

以深圳某地鐵增購車輛后進行地鐵車輛接地方案優(yōu)化進行案例論證，方案實施中對實際運行中地鐵發(fā)生的軸承、電蝕等事故原因進行深入分析，從接地保護方案優(yōu)化角度提出改進保護性接地技術運用，經(jīng)過實際驗證效果良好。

1 地鐵車輛接地系統(tǒng)分類

隨著城軌快速發(fā)展，地鐵的自動化、智能化設備不斷增加，在設備布局上逐漸密集，電磁環(huán)境變得復雜，電磁兼容問題成為重要問題。這是為了保證電氣設備可靠運行以及維護人身安全而進行的技術性應用，使得地鐵能夠具有良好的地鐵性能，防止出行電機軸承電蝕等重大事故出生。在分類上，地鐵車輛接地系統(tǒng)可按功能分為工作接地和保護接地。前者通過軸承接地端實現(xiàn)電源負端回流與軌道相連的高壓電源，通過車輛絕緣子與導線連接，實現(xiàn)轉向架和接地導線的相連，通過接地導線與軸端接地回流裝置，最終實現(xiàn)變電所電壓負端的高壓回路。保護接地是地鐵車輛用電設備出現(xiàn)磨損、進水、潮濕等后帶電導線出現(xiàn)漏電，這是由于設備超負荷引發(fā)漏電情況，在環(huán)境氣體污染、灰塵沉積共同作用下，容易發(fā)生電弧擊穿打火，因此實施用電設備保護接地非常有必要。根據(jù)相關規(guī)定，車輛內所有導電車輛零部件通過保護接地，以較低電阻連接到車體上，在地面裝置、保護導體和車體之間實現(xiàn)保護接地通道的設置，并實施各類檢查手段以確保道路不會發(fā)生故障。

2 車輛接地系統(tǒng)設計應用

在深圳某地鐵增加車輛組之后每節(jié)車下配置牽引逆變器以及輔助逆變器，受電弓設置影響，在電弓引入之后，輔助逆變器、牽引逆變器共同發(fā)電。工作接地通過設置在車上的接地匯流排與軸端接連裝置，實現(xiàn)了工作電流不會流回車體的問題。接近匯流排與車底絕緣，在輔助逆流器的作用下真正實現(xiàn)回流之后，最終流回蓄電池充電機保護接地。各部件、金屬件以車體作為接地電位包括prs、側頂板電氣柜、底架設備保護接地；車體間車體專項嫁接和牽引電梯間也進行保護接地。接地主要包括底架的高壓電氣設備接地，如牽引逆變器、低壓箱蓄電池等，通過低阻抗的接地與車體連接，通過16毫米的軟通絞線與C型槽進行鏈接，車頂?shù)谋Ｗo接地主要包括電弓管道、避雷器、空調機組等。使用鉚接的方式進行軟銅絞線和車體的連接，通過兩根接地電纜相互連接，確保電氣傳導部件處在零點位[1]。

保護性接地點的設置，實現(xiàn)了保護接地的回流，每個車體均通過30M兆歐的保護，接地電阻和匯流排進行相連。鋁合金車體電阻小于鋼軌電阻，因此在進行連接的時候，車體之間的環(huán)流增加了30M兆歐接地電阻之后，避免車流之間的環(huán)流造成軸承電蝕，同時所有的DC110V富集在車底架蓄電池箱內與絕緣匯流箱連，使每輛車與輪軌之間保持等電位，接地匯流排與30M兆歐的電阻相連，防止車體回流造成DC110V電壓波動。通過30M兆歐的電阻相連，還能保護接地，基本上滿足規(guī)定要求。

3 軸承電蝕故障發(fā)生原因分析

在進行施工時發(fā)現(xiàn)牽引電機通過軸承時存在批量問題，故障經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)異響，主要是由于損傷造成明顯的電蝕，周期性條紋性痕跡就是證據(jù)，該位置發(fā)生了燒傷痕跡，表明缺陷的形成加速了軸承磨損，特定的軸承電源流再產生高頻共模電壓，使軸承熔電流存在導致軸承軸電壓形成導電回路產生軸電流高頻DV/DT作用，使得電機內部電容上產生充放電電流，在一定程度上轉子軸電壓升高產生軸承電流，這是電容的累積作用下造成軸承電流的危害，導致隨著軸承電壓數(shù)值和脈沖頻率的增加，軸承電流使?jié)櫥瑒┌l(fā)生化學變化，從而降低軸承座圈的壽命。軸承電壓大于潤滑劑絕緣坎值時產生的電容，使得穿油膜產生放電電流增大情況，軸承機械磨損[2]。

4 抑制腐蝕措施

4.1 優(yōu)化逆變器付及EMA電容選型，抑制軸承電腐蝕，采取優(yōu)化措施能從根本上解決損傷發(fā)生，并增加軸承電流，線路回路能夠保護軸承，采用軟銅絞線可以降低電路電感值，電容的具體安裝位置盡可能接近軸承減小軸電壓。

4.2 調整接地方案安裝的轉向架構建和終端接地裝置之間的接地方案。通過改進調整接地電子接入位置，降低線路感抗值，減小軸承電流的同時，提供低抗之路，優(yōu)化牽引電機接地，實施車輛保護接地改進方案后，增加保護性接地點以及保護接地電阻，從車體與軸端接地位置進行改變，在轉相架構架和軸端接地位置之間，通過匯流排接點與裝置連接，改進方案實施之后節(jié)點與軸端接地裝置實現(xiàn)相連。車體保護接地電阻一端與二位端轉向架構架相連，經(jīng)過測試車輛在實驗階段以全牽引、全制動的方式，驗證了逆變器EMI選型和接地電路調整能夠產生降低軸承電壓的效果，在保持原有接地方式不變的情況下，運用EMI電容值最高設置可使電機軸承電壓達到126-142V，使得電機軸承能夠避免電蝕危害。在保持原有EMI電容值的同時，采用調整接地方案的方法，運用優(yōu)化逆變器電容，降低軸承電壓，使得周升電壓明顯降低[3]。

5 結語

地鐵車輛安全運行的前提是優(yōu)良的接地方案關系到設備安全運行和人身安全。在車輛接地系統(tǒng)設計時，對故障原因予以分析并針對原因提出優(yōu)化的接地系統(tǒng)設計方案。改進后的保護接地方式能夠防止軸承墊時，減小牽引電機軸承電壓。新改造后的列車保護接地設計方案可以為今后的車輛接地應用提供借鑒。