问题讨论 文章编号：１００２—７６０２（２０１１）０９—００３２—０３ 铁道车辆 第４９卷第９期２０１１年９月 城轨车辆主接地系统设计改进探讨 胡安祖，田 庆 （南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛２６６１１１） 摘要：对城轨地铁车辆正线运行时连续发生的制动用速度传感器烧毁事件进行了剖析，从车辆本身接地系统和车 辆行驶轨道接地情况２个方面入手，找出了问题原因，提出了对列车主接地系统的改进方案，并进行了合理化验证。 关键词：城轨车辆；接地系统；设计改进 中国分类号：Ｕ２７ｏ．３８ １ 文献标识码：Ｂ 从目前国内外对车辆接地系统的研究情况看，多 ６辆编组列车编组形式见图１。 数厂家均在车辆本身的范围内进行 考虑，如是否与设备回流情况匹配， 或考虑个别车辆接地装置故障及接 地电缆损坏的情况，但很少考虑轨 道接地不良导致车辆回流不畅或导 ＯＯ ＯＯ ０Ｏ ００ ００ ００ ００ ００ ０９ ００ ＯＯ ＯＯ ０．动力轴（已安装驱动电机）；＜．受电弓；Ｔｃ．带司机室的拖车；Ｍｐ、Ｍ１、Ｍ２．动车。 图１列车编组示意图 致车辆设备损坏的情况。本文提及 的制动用速度传感器烧毁就是因走 行轨问漏接接地短接线导致来自动 车（装有牵引设备）的ＤＣ １ ５００ Ｖ高 压通过与拖车（该车没有装设接地装置）车体连接的轴 端速度传感器屏蔽网向轴端强放电，致使屏蔽网及制动 Ｔｃ车设有列车辅助供电装置，中问的Ｍｐ车、Ｍ１ 车和Ｍ２车设有牵引逆变设备；每个Ｍｐ车车顶装有 速度传感器烧毁，甚至将制动单元的ＰＣＢ板烧坏。 受电弓，以实现从接触网受流向高压设备供电和再生 制动时向接触网馈电。 １城轨车辆主要配置及工作原理介绍 城轨车辆高压设备主要由牵引逆变装置 （ＶＶＶＦ）、辅助供电装置（ＳＩＶ）等设备组成。这些设 高压设备是从２个受电弓获取高压电源，从安装 在每个动车上单轴齿轮箱上的接地装置至轨道进而回 到变电所负端。图２为Ｔｃ、Ｍｐ车高压设备原理图。 Ｔｃ车没有接地装置，安装在Ｔｃ车上的ＳＩＶ负端 引至Ｍｐ车接地汇流排。每辆车车体间用导线进行连 备通过受电弓从接触网（一般为ＤＣ １ ５００ Ｖ高压）或 通过集电靴从第三轨（一般为ＤＣ ７５０ Ｖ或ＤＣ １ ５００ Ｖ高压）受流后，经一系列电源变换后输出至控制电机 通，以保证各车电势基本相等。另外，每车所有设备壳 体的保护接地和低压电源的工作接地均连接至车体； 工作接地通过车体回到蓄电池负极。 或其他负载，负端通过安装在动车上的接地装置实现 至变电所负端的回流，从而保证动力设备顺利、可靠地 工作。 收稿日期：２０１１－０４—２９；修订日期：２０１１－０５—３０ 作者简介：胡安祖（１９７８一），男，工程师。 ２制动速度传感器连接电缆屏蔽层处理 制动控制装置向制动速度传感器提供±１２ Ｖ工 作电源，并采集速度信号进行分析和处理。制动速度 报告ＥＲ］．２００５． ［２］西安航空发动机有限公司理化检测中心．加热管化学成分、力学 性能的检测结论ＥＲ］．２００３． ｒ３］ ＧＡＴＸ ＴＡＮＫ ＣＡＲ ＭＡＮＵＡＬ．Ｇｅｎｅｒａｌ Ａｍｅｒｉｃａ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ 出现任何结构方面的问题。与采用盘管式内加热装置 的Ｇ 型黏油罐车相比，其加热效率高，升温速度快， 卸车时间缩短，油品卸净率提高。 参考文献： ［１］ 四方车辆研究所．新型黏油罐车与Ｇｌ ｖ型黏油罐车加热升温试验 ・ｃｏｒｐ。ｒａｔｉｏｎ［ｚ］．１９７９． （编辑：郭 晖） ３２・ ‘ 城轨车辆主接地系统设计改进探讨 胡安祖，田 庆 置短连线，从而使列车通过Ｔｃ车速 度传感器屏蔽网向车轮至轨道强放 电，最终产生烧毁故障。 （２）间接原因：速度传感器自带 电缆探头侧屏蔽网端部未做绝缘处 理，传感器与探头距离过近，而且探头 与外壳间绝缘电阻过小，导致击穿，产 生大电流放电，造成烧损。 ４ 车辆主接地系统设计改进方案 改进前，６辆编组车辆（４Ｍ２Ｔ）中 间４个动车每个转向架均在齿轮箱上 设置接地装置，每辆车间通过车体连 接线连接；Ｔｃ车设备通过专门的接地 母线（６００Ｈ）至邻近的Ｍｐ车接地装 置，进而回流至轨道。 改进后，在原有接地系统不变的 情况下，考虑在Ｔｃ车转向架轴端加 装接地装置，同时将Ｔｃ车车体和转 向架轴端接地装置连接。 当轨道问短连线漏接或连接不良 时，中间动车的电流可通过车体间短 连线汇流到头车车体，进而通过头车 的接地装置（通路电阻很小）至轨面， 图２ Ｔｃ、Ｍｐ车高压设备原理图 而不对电阻较大（击穿难度较大）的速 传感器信号电缆的屏蔽层为单端接地：制动速度传感 器侧屏蔽层不接地，另一端通过连接器分断，然后连接 至制动控制装置侧控制板，控制板与箱体外壳接通，而 箱体外壳与车体连接，这样实现了屏蔽层的单端接地。 ３车辆速度传感器故障及原因分析 近期，列车制动速度传感器故障频繁，多次造成列 车在运行区间被救援，这些故障都发生在１号车或６ 号车。 故障的共同点为制动速度传感器外部的绝缘防护 层被破坏、端部的金属部位有灼伤点或烧熔，且部分速 度传感器内部信号传输线缆有短路现象，个别烧损现 象严重的造成制动控制装置内控制板损坏；同时地面 钢轨也有灼烧痕迹。 故障速度传感器拆解后如图３所示，箭头所指为 损伤部位。 经分析，导致速度传感器故障发生的原因主要有 ２个方面： （１）直接原因：正线运行轨与库线运行轨间未设 图３制动速度传感器损伤 ・３３・ 度传感器屏蔽网通道进行破坏。这样，既保护了车辆 设备免受损坏，也不会对线路造成大的影响。 ５改进方案验证 ５．１静态测试验证 试验的主要目的是测试接地系统线路的匹配情况 以及设备的选型是否合适。试验设备是电阻测试仪。 试验步骤如下： （１）在列车不接高压、不投蓄电池的情况下，用电 阻测试仪测试Ｔｃ车接地开关箱接地开关出线端至接 地线端（接地装置侧，此时接地线不与接地装置连接） 间的阻值Ｒ。； （２）在列车不接高压、不投蓄电池的情况下，用电 阻测试仪测试Ｔｃ车接地开关箱接地开关出线端至 Ｍｐ车最近的一个接地装置侧的接地线端（此时接地 线不与接地装置连接）间的阻值Ｒ ； （３）在列车不接高压、不投蓄电池的情况下，用电 阻测试仪测试Ｔｃ车接地开关箱接地开关出线端至安 装接地装置的转向架轮对间的阻值Ｒ。； （４）在列车不接高压、不投蓄电池的情况下，用电 阻测试仪测试Ｍｐ车汇流排至Ｍｐ车接地装置侧（此 时接地线不与接地装置连接）的阻值Ｒ ； （５）在列车不接高压、不投蓄电池的情况下，用电 阻测试仪测试Ｍｐ车汇流排至Ｔｃ车最近的一个接地 装置侧（此时接地线不与接地装置连接）的阻值尺 。 表１为静态阻值测试表。从表１可看出： （１）Ｒ ＜Ｒ ，说明Ｔｃ车ＳＩＶ负载回流基本上通 过Ｔｃ车接地装置至轮对； （２）Ｒ。约为１５ ｍＦｔ，小于５０ ｍＱ，符合ＵＩＣ ５３３ 《车辆金属部件的接地保护》的相关规定，满足机车车 辆的接地要求； （３）Ｒ ＜Ｒ ，说明Ｍｐ车ＶＶＶＦ负载回流基本上 通过Ｍｐ车接地装置至轮对。 表１静态阻值测试表 项点 Ｒ１ Ｒ２ Ｒ３ Ｒ４ Ｒ５ 平均值／ｍＱ ３．９２ ８．８５ １４．６７ ３．８４ １３．０３ 通过多次测试表明，Ｔｃ车车体至本车速度传感器 安装轴端的阻值（轴端与接地装置连接）均小于车体至 本车速度传感器自带电缆探头侧屏蔽网端的阻值。当 发生本文前面提到的轨间接地短连线漏接事故时，高 压回路将通过阻抗较小的接地回路至Ｔｃ车接地装置 回流，而不是通过速度传感器自带电缆屏蔽网。 ５．２动态测试验证 试验的主要目的是测试接地系统线路的匹配情况 以及设备的选型是否合适。试验的主要设备是电流互 感器、电流变送器、模拟量采集分析板。具体测试步骤 ・３４ ・ 铁道车辆 第４９卷第９期２０１１年９月 如下： （１）将２个钳式电流互感器分别卡至Ｔｃ车、Ｍｐ 车过桥线６００Ｈ和Ｔｃ车、Ｍｐ车车体间连接线上； （２）设置一段测试轨道，正常时轨道间短连线正 常连接，异常时将轨间短连线取下； （３）在正常和异常情况下，分别让空载列车以５ ｋｍ／ｈ左右的速度通过该轨道。 测试完毕后，检查Ｔｃ车两接地装置碳滑板面，磨 耗正常；测试过程中速度传感器显示正常，试验后查看 速度传感器连接器接头及自带电缆屏蔽网探头侧均无 异常。 表２为动态回流测试表。从测试数据可看出：在 正常情况下，Ｔｃ车向Ｍｐ车有部分回流，其中车体连 接线中回流主要为各车向蓄电池负端的回流；在异常 情况下，除Ｔｃ车外的车厢向Ｔｃ车回流，过桥线６００Ｈ 和车体跨接线分别承载部分电流，此时Ｔｃ车接地装 置工作正常，Ｔｃ车速度传感器无异常。 表２动态回流测试表 从以上静态、动态试验论证后的情况看，接地回路 的改进基本上达到了设计预期：正常情况下，各车分别 通过接地回路向轨面回流至牵引变电所负端；异常时， 整列车通过Ｔｃ车新增的轴端接地装置向轨面回流至 牵引变电所负端，并保证在此期间Ｔｃ车速度传感器 等设备不会产生异常。总之，接地回路的改进既提高 了整车的可靠性、安全性，又很好地保护了车辆设备。 ６结束语 通过对接地系统设计的改进，能够提高整车的可 靠性和针对突发事件的抗风险能力，特别是能有效避 免因线路条件异常导致的速度传感器等设备烧毁问题 的发生，对既有线路列车和后续新造列车均是很好的 提醒和借鉴。 但就目前情况看，仅利用车辆硬件电路的完善设 计来预防所有异常情况发生时造成的可以预料和潜在 的危害不是很现实。目前只是改进完善硬件电路的设 计及软件上的报警和提示等，还应同时从其他的环节 改进，如加强轨道施工的质量检查、定期对轨道间连接 是否完好进行检查和测试判定等等。 参考文献 ［１］朱军，王健全，李林森．城轨车辆接地系统设计ＥＪ］．铁道车辆， ２００９，４７（１）：２６ ２７． Ｅｚ］ 钟碧羿．地铁车辆接地技术分析ＥＪ］．电力机车与城轨车辆，２００８， ３１（４）：５５ ５７． （编辑：任海）
