城轨车辆接地回流试验原理及故障分析

陈 芳，周 峰

(中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

城轨交通车辆采用直流自动供电控制系统，车辆屏柜内部电子设备增加，不仅使城轨车辆屏柜内部设备布局十分密集，也使车内的电磁干扰环境变得复杂，为有效保证城轨车辆的电气设备和人身安全，必须重视城轨车辆电子电气设备的安全接地回流保护。

1 工作原理

接地系统是提高城轨车辆供电安全性、可靠性以及车辆抗干扰力的重要供电系统。城轨交通车辆接地回流实验要求在落车完成后，整车进入编组前进行。车辆测试均须以节车为单位进行接地和回流实验，通过准确测试回流接地线的碳刷和轮对间的接地电阻来检查接地刷和回流线间的接地连接。

城轨车辆上设有2个“地“：一个是车体地，一个是钢轨(大地)，车辆上所有机电设备包括设备外壳，接地点均连在车体地上，车体与钢轨之间通过一个接地电阻相连。每单节车体均通过一个30 mΩ的保护性电阻与接地汇流排相连，动车上通过2个转向架的4个轴端接地碳刷装置实现保护接地的回流，TC车通过1轴和4轴的接地碳刷装置实现保护接地回流。

接地保护电阻值就是用来衡量车辆接地状态性能是否良好的一个重要测量参数。接地电阻的作用一是将车体地与钢轨相连，使车辆上需要接地的设备外壳、接地点与钢轨相连，起接地保护作用；二是使车体上流向钢轨的电流经过接地电阻，避免电流流过轴箱轴承、电机轴承及齿轮等，防止电流损坏设备；三是当线路意外接地短路时，可以限制短路电流。接地电阻需要有一定的接地电阻阻值，但又不能太大，按《铁路应用 机车车辆电气隐患防护的规定(EN50153：2002)》规范，客车接地电阻的最大阻值不应超过50 mΩ，现在的城轨项目的接地电阻阻值为30 mΩ。

2 工艺流程

2.1 测试回路与阻值要求

目前，城轨车辆进行接地回流前须先将蓄电池箱的熔断器断开，以确保试验过程中试验人员的安全，再检查软连线是否具有合适的长度和足够大的导线截面。所有试验测量设备应进行校准，保持轮轨接触面清洁，确保轮对和钢轨之间无电压，并断开接地汇流排与逆变器的负极连接。城轨项目低电阻测试仪型号为Megger.DLRO 100X。

将低电阻测试仪的正极接上接地装置对应到汇流排上的连线，相对应的单个轮对接上低电阻测试仪的负极，测试电流为DC50A，测试时间为3 min，将测试结果记录在某项目接地回流实验记录中，测量回路与阻值要求如表1所示。

表1 测量回路与阻值要求 单位：mΩ

断开蓄电池保险，用万用表测量确定钢轨与轮对间无电压。测量轮对与钢轨之间的接触面应保持干净，无杂物、油渍，无锈蚀，否则无法测出电阻值，确保轮对与钢轨间无电压。原因是低电阻测试仪在有外部电源的时候无法启动。试验前应用无纺布将轮对上的灰尘、油渍擦拭干净。

2.2 全自动车钩与钢轨阻值测量

断开接地电阻+173=11-R102的1 A所有电缆，对电缆进行绝缘处理。测量接地电阻，全自动车钩173=11-R102的1 A点与钢轨之间电阻，电阻值大于60 mΩ且小于80 mΩ为合格。低电阻测试仪器必须配备一副(两组)电阻测试电接线，红粗线接红色电流接线柱(C1)，红细线接红色电阻接线柱(P1)，黑粗线接黑色电流接线柱(C2)，黑细线接黑色电阻接线柱(P2)。试验中，经常出现故障为无法正常测量到电阻值，原因是测试仪与线缆的接触不牢固可靠，造成测试电缆虚接状态，正常工作状态为测试仪表显示的是C1和C2、P1和P2中间的指示灯为常亮状态。

2.3 车体与钢轨阻值测量

测量接地电阻+173=11-R101的2 A点与轮对之间电阻，电阻值大于30 mΩ且小于50 mΩ为合格。恢复所有电缆连接，再断开+191=11-X101接地装置电缆，连接并测量接地碳刷与相应轮对间电阻值，电阻值不大于8 mΩ为合格，测量完成后恢复电缆连接。

2.4 接地碳刷与相对应轮对阻值测量

断开+194=11-X104接地装置电缆，连接并测量接地碳刷与相应轮对间电阻值，电阻值不大于8 mΩ为合格，测量完成后恢复电缆连接。因项目的不同，如果需要测量的点位较远，低电阻测试仪本身电缆不够长，可通过工艺人员确认后将部分电缆进行延长。原则上接地回流试验不允许将被测电缆进行延长，防止测出的数据有误。

3 典型故障分析及处理方案

现阶段校线班进行接地回流试验时，当接地电阻阻值出现误差时，无法第一时间判断哪个试验环节出现了故障，而导致的阻值与试验文件要求不符。为更快、更准确地判断出故障点，采取的措施是通过原理图接地电阻理论计算与实际的操作结果来进行分析，证明了该方法的正确性与高效性。

3.1 全自动车钩与轮对间的连接电阻计算

假设=11-X02接地装置电阻为10 mΩ，如图1所示，画×的地方则是电缆断开的点位。

低电阻测试仪的正极接车钩和负极接地装置形成一个接地回路，转化成等效电路图。

计算出连接电阻应为：R=30 mΩ+30 mΩ+R1=70 mΩ。

3.2 车体与轮对间的连接电阻计算

假设=11-X201接地电阻为10 mΩ，断开到设备的连线，进行阻值的计算。如图2所示，车体对轮对间只串联了一个接地碳刷的电阻，故R1=10 mΩ。

图1 全自动车钩与轮对

图2 轮对间的连接电阻

3.3 车体与钢轨之间的连接电阻计算

假设=11-X201接地电阻为10 mΩ，转换成等效电路图，4个接地装置并联再串联一个电阻，R=30 mΩ+10/4 mΩ=32.5 mΩ，也就是说在进行车体与钢轨之间连接电阻测量时，须先将汇流排上的电缆恢复好，测出来的电阻应小于30 mΩ，如图3所示。

图3 车体与钢轨之间的连接电阻

综上所述，当出现阻值不符合工艺文件数值时，应先检查需要断开的线缆是否全部断开，确保每根电缆正确断开或恢复。接地碳刷与轮对间的电阻值偏大或偏小，出现此故障，接地碳刷须更换。接地碳刷须保持良好的导电特性，以满足车辆系统的牵引制动技术要求。

4 结语

可靠的接地保护是城轨车辆安全稳定的保障，关系着乘客的人身安全和设备的可靠运转，对于城轨车辆的回流接地屏蔽保护主要功能是在保证城轨铁路车辆正常运行中，为其交流电气设备直接提供零点位，并将城轨车辆中每一个交流车体直接当成零点电位等位的势体，城轨铁路车辆中的接地保护回流电路保护系统的设计合理科学与否，对保证车辆电气设备运行的可靠性起到决定性的作用。本文通过对车辆接地回流试验，采用接地电阻转换等效电路的分析计算方法缩短了排除故障点的时间，提高了接地电阻测量阻值的正确性及高效性；同时也提高了员工的岗位技能。