刘明

（南宁轨道交通集团有限责任公司，广西 南宁 530029）

地铁车辆保护接地指的是设备的外壳接地，要让车体与电气传导部件形成一个等势体连接地面。地铁车辆设备布局密度高，这是地铁车辆的结构决定的，高密度的设备布局会造成内部电磁环境高度复杂，为了预防电磁干扰，有必要对车辆上的电子设备以及电气设备进行接地。现对地铁车辆保护接地技术进行探讨。

1 当前常用的接地方法

1.1 单点接地

这一方法将电流系统中的一个结构点作为接地参考点，在这一点上连接所有的对地连接。当工作频率没有超过1MHz时，单点接地的方法比较常用。这一方法包括并联单点接地以及串联单点接地2种方法。

1.2 多点接地

这一方法将机壳作为参考点，所有设备的机壳又将地作为参考点。当工作频率超过了10MHz时，多点接地的方法非常常见。这一方式将整个车体同时进行安全接地、屏蔽接地、回流接地以及等电势接地，与单点接地相比，更加有效、更加简单。接地线的长度越长，频率越高，接地线的感抗就越大，此时就会造成电磁干扰增加，所以要尽可能对接地线的长度进行控制，可采用就近接地的方法。

1.3 混合接地

这一方法同时具有多点接地以及单点接地的特点。

2 保护接地

当金属外壳带电时，人们误触就很有可能引起事故，除此之外，金属外壳带电还会影响到设备的安全，地铁车辆的保护接地方法需要从防触电、等电势连接以及防雷等方面进行。

2.1 防触电

通过人体的感知电流为0.5mA，当通过人体的电流在10mA以上时，就可能对人带来生命安全的威胁。地铁车辆电器设备的工作电压通常都是AC380V以及DC1500V，当没有很好地设置绝缘体，或者是绝缘体出现损坏的情况，就会引起各种伤害。通过设置接地可以非常有效地处理这种危险。

设置地铁车辆的保护接地时，采用防腐蚀性能良好的圆锡铜绞线可保护管线以及设备，这种接地线的优势在于具有良好的韧性，其阻值也比较小，通常长度都在500mm以下。假设绞线的横截面积为90mm2，那么其电阻在0.0015Ω以下，人体的电阻多在2K～20MΩ，这样就能确保箱体外壳与地等电势连接良好。牵引及辅助设备等车下电气设备都可以采用这种比较粗短的接地绞线来实现与车体的连接。

电阻箱以及牵引辅助箱都使用接地座的方式来实现可靠接地，除此之外可以通过屏蔽罩的作用来对射频干扰进行控制。

2.2 等电势连接

车辆组装中的各个导电单元，如支架、梁、构架以及墙体等，要在电气上采用低电感、低阻抗实现相互连接，确保连接点多、连接面大。设置连接线可以实现等电势连接。

2.3 防雷

雷击电流的功率高达数亿伏特，达到30～300kA，因此，雷击电流会严重威胁到地铁车辆上所有电气系统的安全。将避雷器接地设置在所有MP车的车顶上可以实现防雷。

3 工作接地

工作接地在车辆电气系统中非常重要，其可以为建立基准电势以及泄放电荷提供回流通道，减少噪声电流。

3.1 回流

某地铁车辆采用TC+MP+M2-MP-TC的配置，其中动车包括M1、M2以及MP。各车底下都有牵引辅助箱1个。对车体、转向架连接部位采用绝缘措施，从而让电流流向正规接地回路，减少电蚀的发生。采用镀锡铜丝绞合电缆，其具有良好的导电性，将截面积120mm2的电缆作为列车车端连接部位的地线，将95mm2绝缘电缆作为回流线。

3.2 屏蔽接地

屏蔽接地有线槽/管的接地以及电缆屏蔽层的接地。

第一，电缆屏蔽层的接地。电路中的寄生电容之间的干扰、对外界电厂敏感、电路辐射等，因此进行屏蔽以及隔离非常有必要。屏蔽电缆在车辆的信号和控制线非常常用，例如屏蔽电缆在车载电线、以太网通信线、数据传输线、音频信号、数据传输线中，在信号系统速度传感器、牵引速度传感器等电源中都有所使用。

屏蔽接地试验测试发现,低频电路中采用单端接地的方式来设置屏蔽电缆的屏蔽层效果良好；高频电路中，两端接地的方式应用比较多。分析发现，屏蔽线不接地时，此时效果最差，两端接地的效果要比单端接地的效果更好。

电机电路工作电流达到160～240A，屏蔽层之间的电流比较大，此时车体与转向架之间的电势差比较大，这样就会造成屏蔽层不能发挥等电势导体的作用。可采用单芯屏蔽电缆，两端360°接地的形式。

第二，线槽、线管的接地。金属线槽、线管中设置贯通的电缆，这能发挥很好的隔离电磁干扰的作用。通过线槽、线管的可靠接地，可以将线槽、线管的静电电荷释放出来，还可以在线槽、线管中屏蔽电缆本身受到交变而出现的干扰屏蔽，这样就可以发挥一个“屏蔽罩”的作用，从而减少射频的干扰。考虑到变压器工作电流以及车辆下方设备电抗器的电流变化比较大，会引起设备周围出现100kHz以下的低频磁场或者直流磁场。研究发现9kHz～150kHz频段中线槽、线管接地屏蔽采用两端接地的效果要比不接地以及单端接地的效果更加明显，不接地、单端接地的效果几乎没有差别；30MHz～1GHz频段下，两端接地的效果要比单端接地、不接地的效果更好，而单端接地的效果又比不接地的效果更好。因此综合考虑之后，车辆上进行屏蔽接地时可以采用不锈钢线槽、管单端接地的方法。

4 地铁车辆保护技术的优化

4.1 中压交流并网供电故障策略

将中压母线接触器设置于中压母线上，优化控制电路，对辅助逆变器进行并联，采用它为辅助电源系统中的中压母线供电，整列车都要有中压母线，由中压母线同时为中压负载供电，采用母线接触器隔离中压母线与辅助电源。正常情况下，母线接触器闭合，辅助电源为并联供电；一旦母线短路故障，此时由于有了母线接触器隔离短路母线，可以保证仍然有空压机可以工作。中压母线采用独立的过流保护，当出现负载故障时，此时过流保护开关要将中压母线与负载的连接断开，这样就可以避免中压母线受到伤害，SIV正常启动，并网。

4.2 低中压系统保护接地

该系统中主要有列车的照明、空压机组以及空调等，当低中压系统接地出现故障时，就会引起接线电路的短路故障，当故障严重时会对车辆运行安全带来威胁，所以设置保护接地来保护低中压系统非常有必要。保护接地主要有低压电流保护接地以及中压母线保护接地，低压母线保护指的是将接地电阻、母线与车体通过连接形成等电势；中压母线保护接地将中压母线的N线与车体连接，从而起到保护效果。

4.3 低压直流110V保护接地

当前对地铁车辆低压110V母线进行保护接地时，主要是连接接地电阻、母线与车体，从而让车体保持等电势。除此之外，采用单点接地的方式来减少车体以及设备的杂乱电流影响控制回路。尽管这种方式可以确保接地要求得到满足，但城市轨道交通不断发展，地铁运营的可靠性以及安全性也都面临着更高的要求，需要改进低压保护母线，从而减少控制回路受到设备电压浮动带来的影响，也能减少设备受到短路电流的损害。DC110V系统发生电气设备的接地故障时，一旦接地电流超过设定阈值，那么在故障电流的作用下会引起断路器断开，采用TCMS来对断路器状态进行监督，当发现断路器断开时，司机显示器上就会有相关提示。当断路器断开后，此时TC车的接地电阻要比正常的电阻更大，DC110负母线等效接地电阻会将故障电流限制在比较低的水平，以减少控制电路的断路器跳闸的发生。因此即便是接地故障还没有被清除，此时设备也不会受到由于接地故障电流的影响而出现损害，因此控制电路还能正常运行，列车的正常运行不会受到影响。实际应用中可以发现，接地故障主要是屏蔽层错误接到了电源的正级，或者是低压设备正端直接对地引起，此类故障的故障电源都不高，因此与车辆应用经验结合，一般都是将接地断路器额定容量设置为0.5A。

5 结语

地铁车辆集成了弱电与强电，当前电磁环境高度复杂，其对控制以及信号都提出很高的要求。设置有效且正确的接地，能确保整车的安全。车辆接地可以为系统电磁干扰、雷击电流以及漏电电流，通过接地通路的设计，为车辆安全运行以及设备正常工作提供保障。