阅读说明：本技术 一种适用于高速列车的第三轨独立接地系统 (Third rail independent grounding system suitable for high-speed train ) 是由 肖嵩 张灿 孟举 赖新安 叶智宗 童梦园 李玉航 吴京驰 罗远培 饶阳 高国强 于 2019-11-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种适用于高速列车的第三轨独立接地系统,包括工作接地系统和保护接地系统；工作接地系统包括接地第三轨,接地第三轨平行于两钢轨并设置在两钢轨外侧,列车受电弓依次经过真空断路器、车载变压器一次侧,主变压器一次侧后,通过第一滚筒接地碳刷与接地第三轨滚动连接,使工作电流经接地第三轨回流至牵引变电所；保护接地系统包第二滚筒接地碳刷,列车转向架与车体通过第二滚筒接地碳刷及车轮与钢轨滚动连接,使漏电流经钢轨回流至牵引变电所。本发明能有效的改善动车组车轨环流现象,防止车载弱电设备因车轨环流抬升车体电压受到损害,以及防止雷击冲击和升弓浪涌产生的过电压对弱电设备的反击,提高动车组运行的安全可靠性。(The invention discloses a third rail independent grounding system suitable for a high-speed train, which comprises a working grounding system and a protection grounding system, wherein the working grounding system is connected with the protection grounding system; the working grounding system comprises a grounding third rail, the grounding third rail is parallel to the two steel rails and is arranged on the outer sides of the two steel rails, a train pantograph sequentially passes through the vacuum circuit breaker and the primary side of the vehicle-mounted transformer, and the main transformer is in rolling connection with the grounding third rail through a first roller grounding carbon brush after the primary side of the main transformer, so that working current flows back to the traction substation through the grounding third rail; the protective grounding system comprises a second roller grounding carbon brush, and the train bogie and the train body are in rolling connection with the steel rail through the second roller grounding carbon brush and the wheels, so that leakage current flows through the steel rail and flows back to the traction substation. The invention can effectively improve the rail circulation phenomenon of the motor train unit, prevent the vehicle-mounted weak current equipment from being damaged by the voltage of a vehicle body raised by the rail circulation, prevent the lightning stroke impact and the back attack of overvoltage generated by the bow-raising surge on the weak current equipment, and improve the safety and reliability of the operation of the motor train unit.)

一种适用于高速列车的第三轨独立接地系统

技术领域

本发明涉及高速列车用电安全技术领域，具体为一种适用于高速列车的第三轨独立接地系统。

背景技术

高速动车组作为高速铁路运行系统的关键部分，其安全稳定性至关重要。随着我国高速列车的运行速度不断提高，牵引功率的需求不断增大，对动车组接地系统的要求越来越高，动车组接地方式及参数设计的不合理会对动车组的安全运行造成严重的影响，例如引起接地碳刷异常磨损、车体电势抬升、车载传感器报错甚至烧毁等现象。

根据接地方式与功能特点，动车组接地共分为两种: 一种为车载牵引电气设备接地（工作接地），即将整车的工作电流回流到牵引变电所的方式, 主要为牵引变压器及牵引电机提供接地渠道，同时也为雷电冲击和升降弓浪涌等过电压提供了泄放通道；另一种为弱电设备接地（保护接地），即将整车电气设备感应电流或电气设备的漏电流回流到牵引变电所的方式, 为弱电控制设备及车体提供接地渠道。这两种接地方式通常都是由特定的电缆及安装在转向架轴端的碳刷组成，工作接地电缆同整车主变压器的原边相连，保护接地电缆与转向架构架和车体相连。

一方面高速动车组的工作接地系统是保证动车组牵引电流回流至牵引变电所的重要渠道；另一方面高速动车组的保护接地系统能将车体与钢轨连接起来，动车组的车载弱电设备都以车体电位作为公共参考地电位，不合理的接地方式会使得动车组车体电位不稳定，出现车体电位抬升现象，影响车载弱电设备的正常工作，对动车组的安全运行产生影响。

动车组的车体通常既作为车上强电系统的公共参考地，又作为通信、控制等弱电系统的参考地。当发生雷击或操作过电压时，车顶的避雷器或接地保护开关闭合，导致巨大的雷击、浪涌电流通过车体、接地碳刷、轮对、钢轨向大地散流。此外，由于钢轨受到污染，导致钢轨回路电阻大于车体回路电阻，使得部分牵引回流通过保护接地系统流向车体，形成车轨环流，会损害车载控制、通信等弱电设备。而目前为了解决车轨回流问题通常在车体和接地碳刷间增加一个接地电阻，一般情况下，接地碳刷与车轴间的滑动接触电阻为毫欧姆量级，因此牵引电流主要通过接地碳刷入地，通过隔离电阻进入车体的牵引电流分量较小，且由于接地电阻的接入，进一步抑制了牵引电流在车体回路中产生的感应电流。这样除了能减小进入车体的电流，还能有效的减小通过轴承的电流，从而实现保护车轴轴承的目的。但是当发生雷击跳闸等过电压冲击时，避雷器或接地开关闭合，瞬态冲击电流会直接加在接地电阻上，造成车体电位急剧抬升，由于车体是车载弱电设备的公共接地端，这会对车载通信、控制系统产生严重的影响。由此可见，列车的接地点的选择与布置，以及接地参数（接地回路中的电阻、电容及电感）与接地效果直接相关。如果接地点与接地参数选择不当，将会导致过电压不能得到有效的释放；而保护接地与工作接地的位置选择不当，将有可能会导致工作接地释放的牵引电流通过保护接地传至车体，使得车体电位抬升，对人员与车载弱电控制设备造成威胁。

目前对接地方式以及接地参数的设置没有统一，即使是同一型号的车辆也尚未对接地方式及接地参数进行统一，因此急需寻求一种最优的高速列车接地方式。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能有效的改善动车组车轨环流现象，防止车载弱电设备因车轨环流抬升车体电压受到损害，以及防止雷击冲击和升弓浪涌产生的过电压对弱电设备的反击，提高动车组运行的安全可靠性的适用于高速列车的第三轨独立接地系统。技术方案如下：

一种适用于高速列车的第三轨独立接地系统，包括工作接地系统和保护接地系统；工作接地系统包括接地第三轨，接地第三轨平行于两钢轨并设置在两钢轨外侧，列车受电弓依次经过真空断路器、车载变压器一次侧，主变压器一次侧后，通过第一滚筒接地碳刷与接地第三轨滚动连接，使工作电流经接地第三轨回流至牵引变电所；保护接地系统包第二滚筒接地碳刷，列车转向架与车体通过第二滚筒接地碳刷及车轮与钢轨滚动连接，使漏电流经钢轨回流至牵引变电所。

进一步的，所述接地第三轨外设有接地第三轨保护罩。

本发明的有益效果是：

本发明通过设置专用接地第三轨，将现有高速列车的工作接地系统与保护接地系统进行有效的隔离，避免了现有高速列车因工作接地系统与保护接地系统接地回流端均在同一侧钢轨容易导致车轨环流的现状；由于工作接地系统与保护接地系统被隔离，牵引电流不经过保护接地系统进入车体，避免接地碳刷的异常发热导致的接地碳刷损坏，避免了车体电位由于车轨环流造成的抬升，减少车载传感器的异常报错和损坏。

本发明与现有高速列车为解决车轨回流技术问题而在接地碳刷与车体间增加接地电阻的技术方案相比，舍去了接地电阻，有效遏制了因发生雷击和升降弓浪涌导致车体电压急剧抬升的现象，避免了车载弱电设备该冲击电压造成的反击，保证了动车组的安全可靠运营。

附图说明

图1为列车与接地第三轨接触示意图。

图2为列车与接地第三轨接触剖面图。

图3为变压器车厢接地俯视图。

图4为工作接地系统主电路图。

图中：1—钢轨；2—钢轨；3—接地第三轨；4—滚筒接地碳刷；5—接地第三轨保护罩；6—车体；7—车厢连接处；8—车轮；9—车轮；10—转向架；11—车轮轴；12—车载变压器；13—受电弓；14—转向架；15—车轮；16—车轮；17—保护接地；18—工作接地；19—真空断路器控制回路；20—电能监控装置；21—牵引变流器（2车厢）；22—电压互感器；23—避雷器；24—真空断路器；25—接地保护开关；26—变压器原边电流互感器；27—高压无功补偿装置；28—牵引变流器（4车厢）；29—变压器接地侧电流互感器；30—整车网侧电流互感器；31—接地碳刷。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。一种适用于高速列车的新型第三轨独立接地方式，列车与接地第三轨接触示意图、剖面图如图1、图2所示。动车组的接地系统分为工作接地和保护接地。工作接地系统回流方式如图3——变压器车厢接地俯视图、图4——工作接地系统主电路图所示，工作接地系统包括接地第三轨3，接地第三轨3平行于两钢轨1、2并设置在两钢轨1、2外侧，动车组通过受电弓13与接触网接触，获取牵引电流，依次经过真空断路器24、车载变压器12一次侧，主变压器一次侧后，通过第一滚筒接地碳刷4与接地第三轨3滚动连接，使工作电流经接地第三轨3回流至牵引变电所；保护接地系统为列车转向架10、14与车体6通过接地碳刷、车轮8、9与钢轨一1滚动接触，后回流至牵引变电所。通过新设置的专用接地第三轨3，将工作接地系统与保护接地系统有效隔离。接地第三轨3外设有接地第三轨保护罩5，罩于第一滚筒接地碳刷4上方，起安全保护作用。

现有高速动车组所采取的接地方式中，工作接地系统和保护接地系统的电流释放到同一侧钢轨上，由于钢轨受到污染等原因导致车体回路阻抗小于钢轨回路阻抗，导致工作接地系统流入钢轨的牵引电流经过保护接地系统进入车体，造成车轨环流，为了减少车轨环流的损害，常常采用在车体和接地碳刷之间接入一个电阻，增大车体回路阻抗。本发明与现有高速动车组接地方式相比，对工作接地系统和保护接地系统进行隔离，可以有效减小车轨环流造成的损害。动车组的牵引电流经过工作接地系统释放到专用接地第三轨3，回流至牵引变电所，由于工作接地系统与保护接地系统被隔离，牵引电流不经过保护接地系统进入车体，避免接地碳刷的异常发热导致的接地碳刷损坏，避免了车体电位由于车轨环流造成的抬升，减少车载传感器的异常报错和损坏。

现有动车组为了减少车轨环流的损害，常常采用在车体和接地碳刷之间接入一个电阻，增大车体回路阻抗，以抑制车轨环流。当出现雷击冲击和升弓浪涌等过电压时，瞬态冲击电流会加载在接地电阻上，造成车体电压瞬间提升，该冲击电压造成的反击有可能损坏车载控制、通信等弱电设备，影响动车组的安全运营。本发明专利中，采用工作接地系统与保护接地系统隔离的方式抑制车轨环流。本发明设计的接地系统分布方式在雷击冲击和升降弓等特殊工况下，产生的瞬态冲击电流可以通过滚筒接地碳刷经过钢轨直接泄放，滚筒接地碳刷的电阻值较小（设为数十毫欧），不会对车体电压产生较大的影响。特别的还能避免传统接地方式下遭受雷击过电压时，在接地电阻与主变压器是并联关系下，高压雷电波加在车载变压器两侧，进而耦合到变压器二次侧，造成与二次侧相连接设备的损坏。