低压负母线接地电阻连接方式探讨

陈玲茜 杜友胜

摘要：本文就常州地铁1号线车辆AB箱内低压负母线接地电阻连接方式与其他城市地铁低压负母线接地电阻进行比较，并对其在今后应用过程中可能出现的故障现象进行分析及结构优化探讨。

关键词：低压负母线;接地电阻;连接方式;结构优化

一、引言

接地电阻就是用来衡量接地状态是否良好的一个重要参数，是电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻。

低压负母线的接地电阻直接采用的低阻抗导线与车体接地，一旦发生DC110V电源母线（或某一负载电源线）接地故障，如果不对故障电流进行限制，故障电流很容易导致负载的DC110V供电断路器跳闸，那么该负载的控制电路就会失电。在电客车低压供电中重要负载都有空调系统、车门系统、受电弓控制系统、牵引控制系统及制动系统等，尤其是对于重要的行车控制系统，若是控制电路失电，严重的情况下可能会影响到行车安全。本文以常州地铁1号线为例，对其接地电阻连接方式存在的故障隐患进行分析，并进行结构优化探讨。

二、接地回流工作原理概述

常州地铁1号线车辆配置是四动两拖的六节编组列车（Tc1-Mp1-M1-Tc2-Mp2

-M2），其中Mp、M车为动车，Tc车为拖车。每节拖车下配置AB箱（含蓄电池充电机）、PH高压箱、PA高压辅逆箱。列车的DC1500V供电由Mp车上的受电弓引入，向牵引系统供电，并向各辅助逆变器供电。地铁运营时的供电系统回流路径为牵引变电所正极-接触网-受电弓-车辆负载-轮对-轨道-地下回流线-牵引变电所负极（如图1所示）。

车辆内部电子设备的增加，使车辆内部设备布局十分密集，为了保证地铁车辆上的电气设备正常工作和人身安全，必须将地铁车辆上的电气、电子设备进行接地。宏观上来讲，地可以是等电位或等位面，它为电路系统提供参考点位，其电位可以与大地电位相同，也可以不同。地铁车辆是一个运动系统，因此与地面固定装置不同的地方在于车辆内的接地不是大地，而只是相对零电位基准——车体。

地铁列车接地方式主要分为安全接地和工作接地。列车高压电回流接地属于工作接地，为防止高压电对其他回路产生干扰，并保证接地可靠，回流接地通过电源的负端直接与接地装置连接，再通过接地装置连接到钢轨。Tc1车辅助逆变器的DC1500V的回流、Mp1车牵引逆变器的DC1500V的回流以及M车牵引逆变器的DC1500V的回流均通过绝缘电缆流向轴端接地刷，再至钢轨。整个地铁车辆的DC1500V电路通过钢轨进行负极回流（如图2所示）。

低压负母线的接地是属于安全接地，在实际工作中安全接地最主要是为低压系统接地，一般直接连接到车体上，然后通过与车体相连接的接地线接到接地装置，再接到钢轨。负责给列车低压负载供电的DC110V电路在整列车内构成回路，电流最终流回蓄电池负极，再经过接地电阻接地，负极接地只起到电位参考作用。每个单元Mp1、M1车DC110V负母线的电流最终流向Tc车。

上述所提到的DC110V电路的负极接地指的就是低压负母线的接地，低压负母线是列车低压负载共用的负DC110V电压线，目前常州地铁1号线采用的低压负母线接地的连接方式就只是通过一个30Ohms的接地电阻接地，该接地电阻位于电客车Tc1车与Tc2车的AB箱中，（如图3所示标记处）。

三、故障隐患分析

常州地铁1号线自2019年5月试运行以来，低压负母线接地电阻工作状态保持稳定。根据常州地铁1号线所采用的低压负母线接地方式与南京地铁3号线相同，以下以南京地铁3号线为背景，分析低压负母线接地电阻的故障隐患：

南京地铁3号线自2015年4月运营至今共发生5起AB箱体内低压负母线接地电阻烧毁故障，其中1起故障原因为低压箱内线路破损短路，2起故障原因为蓄电池及蓄电池箱体烧损，1起故障原因为蓄电池箱内部线路短路以及1起故障原因为辅助设备故障。这些故障共同点是由于线路短路，造成DC110V绕过负载直接正极对地，此时电流超过低压负母线接地电阻的最大电流。常州地铁1号线和南京地铁3号线采用的低压负母线接地电阻阻值为30Ohms，额定功率为100W，持续工作电流为58A，最大电流为1.5KA（瞬时1S内）。

此外，当低压直接正极对地，线路短接电流过大并超过低压负载控制回路上断路器的额定电流时，会造成低压负载控制回路失电，若是与行车有关的重要系统失电，则会影响到地铁车辆的运营安全与效率。同时短接造成的低压负母线接地电阻烧损情况存在不能被及时察觉到的隐患，由于没有故障提示，所以只能在日常维护中发现其异常。若不及时发现其烧损情况，则会对箱体造成一定损坏，这就需要对其结构进行进一步的优化改进。

四、结构优化改进探讨

4.1 优化改进方式

南京地铁3号线车辆直流低压负母线接地结构优化改进成漏电流检测装置接地，该装置主要由820Ohms、8.2Ohms及断路器（BGCB）构成（如图4 所示），R1并=410 Ohms，R2并=4.1 Ohms，则该漏电流检测装置的等效接地电阻约为4.06Ohms，在R2并联的支路中有一个小容量的断路器BGCB。其中断路器的辅助触点信号须送给网络，当断路器跳开时，TCMS接收断路器BGCB的辅助触点状态，网络做故障显示（即DDU显示故障信息），监控点位为Tc车DX2的DX8E_In8;當TCMS接受到BGCB辅助触点状态为“1”时在司机室显示屏上显示“低压接地故障”。若有直流负载正极接地故障，断路器BGCB将跳开，属正常保护。

当出现低压设备正线碰壳漏电或直接对地是，故障电流会使BGCB断开，断开之后，该装置等效接地阻值为410 Ohms，远大于正常时的4.06 Ohms，故能有效的减小故障电流不致损坏设备，同时保证低压电路仍能继续使用，不至于影响车辆运营。

该项漏电流检测装置接地设计也被运用在南京地铁1号线增购车辆、无锡地铁二号线车辆以及苏州地铁3号线车辆，这虽然是比较经典的接地电阻形式，但是相较于30Ohms那种安装简单，成本低的接地电阻形式，改进后的漏电流检测装置能及时发现故障，提高检修维护效率。

4.2 改进后应用效果

南京地铁3号线由于至今已发生5起AB箱体内低压负母线接地电阻烧毁故障，所以针对该故障情况对低压负母线接地电阻形式进行优化改进。将原先接地电阻形式改进成漏电流检测装置接地形式，由车辆网络TCMS对BGCB断路器触点进行监控，及时上报低压系统短接故障。

于2019年8月1日08：50分，南京地铁3号线053054列车在九龙湖站上行报BGCB断路器断开故障。经分析为列车B-线与车体之间存在电压差，现场查看发现054A车左侧蓄电池有两节击穿，箱體受损烧出孔洞（如图5所示）。由于漏电流检测装置及时监控到“低压接地故障”，所以能及时发现蓄电池被击穿受损，在一定程度上缩小故障影响范围。从这个改进后应用的案例可以发现该漏电流检测装置具有一定的优势，能使车辆网络TCMS及时监控低压供电系统工作状态。此外，南京地铁3号线车辆的蓄电池烧损故障发生频率较高，就目前已经发生四起，剩下3起分别是2017年9月8日，089A车蓄电池烧损;2018年1月8日，059A车蓄电池烧损;2019年1月7日，064A车蓄电池烧损，所以低压负母线接地电阻形式改进成漏电流检测装置的接地电阻形式是很有必要的。

五、优缺点分析

本文讨论的两种接地电阻形式，其本质区别就是对于低压负母线的接地情况进行及时的监控，能第一时间掌握低压供电的短接故障情况。

六、结论

本文详细分析了目前常州地铁1号线采用的低压负母线接地电阻方式存在的故障隐患，并以南京地铁3号线为对象对低压负母线接地电阻方式的优化改进进行探讨：改进后采用漏电流检测装置接地形式，由车辆网络TCMS对BGCB断路器触点进行监控，及时上报低压系统短接故障。该改进后的接地电阻形式及时监控到了南京地铁3号线蓄电池烧损频繁的故障，保障了列车低压供电系统运行。

目前常州地铁1号线车辆使用的蓄电池品牌型号与南京地铁3号线的相同，接地电阻形式也与南京地铁3号线先前的一样，由于常州地铁运营时间还不算长，并未出现南京地铁3号线类似的蓄电池烧损及接地电阻烧损故障，所以此次研究为常州地铁1号线车辆相关系统解决故障提供了参考依据以及故障隐患的预测。常州地铁1号线车辆接地电阻形式可以以此参考进行相关整改，保障列车运行。

参考文献：

[1]朱军.王健全.李林森，城轨车辆接地系统设计[J].铁道车辆.2019，47（1）：26-27.

[2]钟碧羿，地铁车辆接地技术分析[J].电力机车与城轨车辆.2008，31（4）：55-57.