蔡里明

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266000

引言

目前地铁车辆的辅助供电方式主要有三种，分别为扩展供电、交叉供电和并网供电。早期地铁列车一直采用扩展供电方式和中压交叉网络供电形式，直到近年来开始采用中压并联网络供电形式。中压并联网络供电其前身出自于电力供电系统的高压直流并联供电技术，并随着列车通信和控制网络技术的发展而逐渐成熟。特别是在长编组多辅助逆变器(SIV)的车辆上采用并网供电技术，当辅助供电系统故障时，通过列车监控管理系统(TCMS)对逆变器和负载进行管理，从而有效降低供电故障对列车性能的影响。相比传统的供电方式，多台辅助逆变器的并网供电系统冗余性强，大大提高了列车运行的稳定性和可靠性，因此并网供电将成为未来的趋势。

1 地铁车辆的保护接地概述

地铁车辆的保护接地主要指设备外壳接地，包括车体金属部件之间、所有金属箱体与车体之间、车钩与车钩之间、车体和转向架之间、转向架和牵引电机之间，使所有电气传导部件与车体成为一个等势体，最终与地面相连。为了防止触电危险，车辆的中压380V和低压110V也需要进行保护接地，此处的“地”以车体为参考零电位。一般将中压380V中压母线的N线与车体相连，保证N线对地等电势；低压110V负母线与车体相连，使低压负母线与车体等电势。地铁车辆的保护接地目前普遍采用与高压工作回流接地共用1个接地汇流排的方式，容易造成列车的工作回流通过车体及构架产生杂散电流，使轴承发生电蚀故障。特别是铝合金车体的电阻小于相等长度钢轨的电阻，可能使钢轨的杂散电流回流至车体。为了提高车体及构架的电动势，降低列车回流通过车体及构架的电流量，增加接地电阻对减少流经车体的回流有明显的改善作用，但接地电阻的数量和阻值大小需要另行确定。地铁车辆中压和低压的保护接地因为与车体相连，发生接地故障时，容易引起车体电压的升高，造成控制系统紊乱。为了提高车辆运营的稳定性和可靠性，使保护设备不被较大的短路电流损坏，要对车辆中压和低压的保护接地进行优化。

2 辅助系统中压交流并网供电方案

辅助系统是列车运行不可缺少的一部分，是给列车通风设备、空调、照明、制动和控制单元供电的系统。辅助系统包括辅助供电系统和辅助用电设备，辅助供电系统分为中压(AC380V)供电系统和低压(DC110V)供电系统，中压供电系统由辅助逆变器提供电源，低压供电系统由充电机提供电源。辅助用电设备同样也包括中压用电设备和低压用电设备，中压用电设备包括，空调、制动电阻风机、空气压缩机、电抗器风机；低压用电设备包括照明、PIS系统、控制系统、其他辅助设备。整个辅助系统供电网络主要设备包括辅助逆变器(简称SIV)、蓄电池充电机和蓄电池。采用并网供电方式时，设置列车DC1500V辅助专用高压母线，通过高压辅助母线将列车4台辅助电源输入端并行连接起来，并设置母线熔断器和输出接触器进行保护。辅助变流器并网工作时，模块之间采用直接并联模式，并通过网络指定主机和从机，主机提供输出电压的幅值和频率基准，主机和从机均匀分配输出电流。当其中一台辅助变流器模块出现故障时，其余模块可经内部控制系统的逻辑运算继续为负载供电，其调整速度快、稳定性好、均流能力强。

3 地铁车辆保护接地技术分析

3.1 地铁车辆中、低压系统的保护接地 车辆的中、低压系统主要为列车空调、空压机组、列车照明、控制电路、车门、车载信号与通信设备等提供电源，特别是列车控制系统主要是由DC110V供电，若低压系统发生接地故障，势必造成短路事故。短路电流可能会导致对应的DC110V供电断路器跳闸，列车将失去DC110V控制电源，影响重要的控制系统，如制动系统的控制电源，严重情况下还可能影响行车安全。因此，车辆的中、低压系统必须要做好保护接地。

3.2 中压交流并网供电故障策略的实现 在中压母线上设置3个中压母线接触器并对控制电路进行优化，辅助电源系统的中压母线由并联的辅助逆变器供电，中压母线贯穿于整列车给整列车的中压负载同时供电，母线接触器用于将辅助电源与中压母线隔离。正常情况时，母线接触器处于闭合状态并且所有的辅助电源处于并联供电模式；当发生母线短路故障时，母线接触器可以将短路母线隔离，确保至少有一台空压机可以工作。中压母线上的所有负载都应提供独立的过流保护开关用来保护:当任意一个负载故障时，过流保护开关应该断开负载和中压母线的连接以确保中压母线不受影响，SIV按正常启动逻辑启动并进行并网；当短路点无法通过线路空开进行切除时，断开母线接触器，SIV各自启动，判断短路点并通过母线接触器对短路点进行切除，切除部分SIV停止工作，其余SIV按正常启动逻辑启动并进行并网。

3.3 系统接地方式的合理选择 系统接地方式是经常能够见到的接地方式，也是地铁设备中常见的问题。由于系统接地线是各路电流互相耦合的通道，因此也常常造成电流之间的干扰，从而导致设备使用过程中的误差甚至是错误。因此需要正确的接地方式来避免这种情况的发，同时增强系统工作的精确度。低频道路遵循一点接地原则。这种方式区分串联和并联，串联时单点接地可以给多个电路提供参考，而并联单点接地不存在公共阻抗问题。高频电路或者数字电路接地时，要遵循多点接地原则，如此便可在一定程度上降低接地线阻抗，保证设备稳定工作。混合接地融合了一点接地和多点接地，针对电路系统不同频率的部分采用不同的系统接地方式。

3.4 对接地规范加以明确 如果想要对施工人员在接地施工过程中所做出的行为加以规范，并在此基础上提高接地的质量和效率，以地铁系统为基础建立相应的接地规范就显得很有必要。在实践过程中对规章制度的内容进行不断完善，能够在极大程度上提高围绕着地铁设备所开展接地施工的质量与效率，需要注意的是，规章制度所包含的内容并不仅仅局限于接地目的和类型，还应当包括机箱接地要求、设备接地类型、差价接地要求等。除此之外，对接地部分进行检查也是很有必要的，而接地规范中与接地检查相关的内容应当重点强调接地流程及检查标准，例如，接地电缆、电源是否存在损伤；接电线截面是否能够满足有关要求。在此基础上对验收及检验环节加以完善，能够在最大程度上提高接地质量，加快地铁设备所应用接地技术发展的速度，较为常见的接地问题自然能够迎刃而解。

结语

本文通过对地铁车辆保护接地的理论分析，确定了保护接地的优化设计方案。通过对保护接地电阻的阻值进行理论计算和仿真分析，给出保护接地电阻的建议值。对于车辆中、低压系统的保护接地，从提高车辆运行的安全性和可靠性角度，提出优化设计方案。同时，随着列车通信控制网络的发展，从加强列车接地故障的在线检测和隔离功能角度，完善列车接地系统的设计。