一种悬挂式空轨车辆接地技术研究

王瑶 刘立伟 覃宏阳 王丽娟

摘 要：悬挂式空轨列车作为一种新型轨道列车，由于其自身独特的优势，得到了许多旅游城市的青睐，而合理的接地设计是乘客上下车的安全保障之一。通过对不同制式的车辆接地方案进行对比，并结合空轨制式的特殊性，设计了一种适合于空轨列车的接地方案。将整车DC750V、DC110V和DC24V的负通过接地电阻汇流于接地装置，车辆到站后装置与地面接地装置相连，并将接地牢靠电信号反馈给司机或调度中心，控制车辆开门及供电系统。空轨车辆到站接地是为了消除跨步电压，保证车、地电位相等，提高车辆运行的可靠性和乘客的安全性。

关键词：空轨列车;接地装置;跨步电压

0 引言

不同于地铁钢轮钢轨的受电方式，悬挂式空轨列车为了乘客乘车的舒适性，走行轮采用了橡胶轮胎，受电方式为两根正负接触轨为整车提供电力。车辆运行时，线路电力系统回流路径：牵引变电所正极-正接触轨-受流器正-车辆负载-受流器负-负接触轨-牵引变电所负极。橡胶轮胎使得空轨列车不能通过走线钢轨回流，到站时无法像地铁一样直接通过钢轮钢轨与站台相连以达到等电位，保障乘客上下车安全[1]。所以空轨列车需要增加接地装置，以此消除跨步电压。

常见车辆接地保护技术主要分为保护接地和工作接地两部分：保护接地设置的目的是避免出现车辆电气设备或外露设备漏电而对人员造成威胁伤害;而工作接地设计的主要目的是确保车辆电气系统稳定运行[2]。本文主要介绍了悬挂式空轨列车到站时，为了消除跨步电压在车辆与站台做了特殊处理，达到保护接地的目的，并通过现场实际运行情况验证了接地方法的合理性，同时对接地失效做了深层次分析。

1 空轨车辆接地回路分析

车辆到站时，车体与站台有可能出现一定的电位，为了避免乘客上下车时出现触电感而受伤，所以列车到站时车辆、站台与大地必须是等电位，消除跨步电压，保证乘客安全。空轨列车接地系统主要分为DC750V高压回路接地和DC110V、DC24V低压回路接地。高压回路接地通过接地电阻后串反向二极管（二极管的作用在于列车到站时，可防止线路上的高频杂散电流随接地装置流入地面，对地面设备造成电腐蚀）与接地装置相连，根据EN50153-2003《铁路设施铁道车辆电气隐患防护规定》中规定的，车辆与地面装置的保护性导体之间的阻值不能大于50 mΩ，而我们根据经验并联两个30 mΩ接地电阻，来达到更好的整车接地效果，避免电阻值过大导致高压回流到车体，给乘客带来安全隐患;低压回路接地采用直接通过接地装置与站台接地相连。最后高低压回路都统一接到接地汇流排入地。

1.1 整车接地方案

本悬挂式空轨列车配置为两编组列车。车辆运行时，通过正负受流轨供电，胶轮将整车与箱梁行走面绝缘开来。由于高低压接地回路最终在同一汇流排，所以整个车体可视为零电位等势体，乘客可在车内安全乘车，此时接地装置为待工作状态。车辆到达站台时，接地装置将与站台接地桩相接触，接触成功后将此信号传递给列车控制系统并给至司机和地面控制系统，列车进行正常的开门及乘客上下车;若没收到接地成功的信号，为保证乘客安全，列车门将不会开启，直至成功接触接地装置。

整车接地示意图如图1所示，MC1車和MC2车的DC750V、DC110V和DC24V分别通过跨接线相连，这样保证两车不同电压等级电气设备的负处在相同的电势，使得设备减少电磁干扰，平稳运行。最后高低压的负统一接到汇流排并通过列车的接地装置，列车到站时与站台接地桩可靠接触。

接地装置如图2所示。接地装置通过弹簧的压力与站台接地桩紧密接触，支架挡块随弹簧伸缩移动。当伸缩到位时，与传感器接触并触发信号，表明已安全接地，并将此信号传至列车控制做进一步处理。

1.2 站台接地

空轨列车到站时车辆的接地装置与站台接地桩的可靠连接，使得车体与站台保持电势相等。同样站台也要做合理的接地处理，才能保证人们出行的安全性以及车辆系统运行的安全性。车站有多种系统需要接地：有牵引变电所及降压变电所的工作接地，有保护人身安全和设备安全的保护接地，还有通信系统、信号系统等弱电设备的接地，以及地上车站的防雷接地[3]。

站台接地示意图如图3所示，车辆接地装置、站台与大地通过接地电缆连接，保证其三者之间是等电位，避免产生跨步电压。选择接地网导体材料时考虑到材料的热稳定性、在土壤中的腐蚀速度、导电性、材料成本及来源等，本系统接地采用热稳定好的钢结构体[4]。地面接地端子采用桥隧型接地端子，区间利用钢制桥墩、混凝土承台和桩基主筋作为垂直接地体及防雷引下线。承台钢筋和桩基主筋采用双面角焊缝，焊脚尺寸为8 mm，焊接前应抹掉结构表面的防护涂层，焊接完成后重新进行防护涂装。接地引出线与接地电缆采用接地铜绞线螺栓相连。地网距车站主体结构底板下600 mm处，接地电阻不大于1 Ω。

由上述接地可知，悬挂式空轨列车接地系统主要分为车辆接地装置和站台接地处理两部分，两者相互配合，达到乘客安全乘车的目的[5]。列车到站时，若出现电路漏电或受到雷击电流侵入，由于接地装置与站台接地装置已可靠连接，电流会沿车体→接地装置→站台接地桩→接地电缆→车站地网而汇入大地，此时车辆和站台是等势体，保证任何情况下流过乘客身体电流不超过1 mA。乘客上下车时不会产生跨步，从而保障乘客安全的目的。

2 接地失效主要原因分析

接地失效对于乘客和车辆来说都是极其危险的事故，容易造成乘客的触电和设备的损坏，严重时引发火灾等。而可靠的接地除了合理的设计，还需要日常的维护检查，做到早发现早处理。导致接地失效的可能性包含有很多种，在这里我们就可能引发接地失效的主要几个原因进行分析。

2.1 车辆接地装置损坏分析

车辆能否可靠接地主要在于接地装置。由于接地装置位于车底位置，受外界环境影响较大，比如风沙、雨水等侵蚀;车辆到站时若导向轮固定不牢固出现车体晃动也有可能导致接地装置出现形变而损害，所以一般选用硬度高、抗腐蚀的材料来制作接地装置。日常也要加强对接地装置的维护，防止滑轮上存在油污等污渍而影响导电性能，或传感器的失灵。

2.2 接地电阻和二极管过电流击穿分析

高压接地回路中接地电阻和二极管是两个非常重要的器件。若电阻过电流损坏时，会导致车辆与地面装置的保护性导体之间的阻值过大，高压接地回流无法流入大地而直接存在于车体，这是极其危险的事情。这就需要我们对线路和整车可能出线的大电流情况进行分析选择合适的电阻型号，并进行合理的安装，防止运行时因振动出现电火花等情况。当多车在线路上运行时，线路上就会出现高频杂散电流，而二极管的作用在于单向导通，防止杂散电流对站台造成电腐蚀，若二极管击穿则无法起到保护作用，本车经过对整车的电路进行分析选用DC750V/100A的二极管对电路进行保护。

2.3 站台接地失效分析

站台接地出线接地故障的可能性较低，当接地施工完成验收后基本保持稳定。站台接地柱要保持光滑、干净，与车辆接地装置接触时能可靠接地，接触面材料采用导电效果优异的碳钢。进行维护时应测量站台接地柱与站台和地面的阻值，避免器件损坏而使阻值变大，当大于规定值时应采取措施，直至满足相关要求和标准，保证乘客和行车安全。

3 结束语

悬挂式空轨已在众多城市兴起，得到了快速發展，而车辆接地保护设计的科学与否，对车辆电气设备的可靠运行和人身安全起到决定性作用。本文介绍了目前主流的地铁到站接地方法，结合空轨列车其自身的特点，采用一种可靠性高、成本低、易安装维护的接地装置。 此研究已在公司研发的车辆实施，运行良好，工作状态稳定，可适用于空轨列车，对车辆到站接地起到明显改善作用。

参考文献：

[1]李张群，谭万忠，钟杰.地铁车辆保护接地技术研究[J].现代城市轨道交通，2018（4）：30-34.

[2]陈艺铭，贾海杰.城轨车辆接地方式分析与改进[J].电气传动，2016，46（1）：77-80.

[3]叶晓伟.地铁车站综合接地系统方案及施工配合要点[J].铁路工程技术与经济，2018，33（4）：14-16.

[4]王昱，宁璇.地铁车站综合接地若干问题的探讨[J].现代城市轨道交通，2012（5）：44-46.

[5]桂思平.地铁站台门绝缘问题及处理方法探究[J].中国设备工程，2019（24）：132-134.