阅读说明：本技术 一种适用于高速列车的工作与安全接地独立分布方法 (Work and safety grounding independent distribution method 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 魏文赋 吴广宁 于 2019-09-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于高速列车的工作与安全接地独立分布方法,具体为：工作接地系统和安全接地系统在两根钢轨侧独立分布；工作接地系统的车厢通过受电弓从接触网上接入高压交流电,经过真空断路器输送给变压器的一次侧,然后经由接地碳刷滑动接触到车轮上,再与钢轨一滚动接触,最后通过钢轨一到达变电所的回流线形成回流；安全接地系统的车厢直接由接地碳刷滑动接触到车轮上,再与钢轨二滚动接触来泄放过电压；本发明可以有效减少车体环流,避免车载弱电设备受到车体环流干扰、设备异常发热以及造成接地碳刷异常磨损；减少由过电压产生的冲击电压造成的损害、提高列车接地稳定性。(The invention discloses a work and safe grounding independent distribution method suitable for a high-speed train, which specifically comprises the following steps: the working grounding system and the safety grounding system are independently distributed on the two steel rail sides; a carriage of the working grounding system is connected with high-voltage alternating current from a contact network through a pantograph, the high-voltage alternating current is transmitted to the primary side of the transformer through the vacuum circuit breaker, then is in sliding contact with wheels through a grounding carbon brush, is in rolling contact with a steel rail I, and finally forms backflow through a backflow line reaching a substation through the steel rail I; the carriage of the safety grounding system is directly in sliding contact with the wheels through the grounding carbon brushes and then is in rolling contact with the second steel rail to release overvoltage; the invention can effectively reduce the vehicle body circulation, and avoid the vehicle-mounted weak current equipment from being interfered by the vehicle body circulation, the equipment from being abnormally heated and causing the abnormal abrasion of the grounding carbon brush; reduce the damage caused by the surge voltage generated by overvoltage and improve the grounding stability of the train.)

一种适用于高速列车的工作与安全接地独立分布方法

技术领域

本发明属于轨道交通接地技术领域，具体涉及一种适用于高速列车的工作与安全接地独立分布方法。

背景技术

随着高速列车运行速度和载重量的提高，牵引功率不断增加，对高速铁路运行安全的保障提出了更高的要求。高速铁路牵引供电系统是高速列车的动力来源，与之匹配的列车接地系统的不当设置可能会威胁高速铁路的安全运营。

高速列车接地系统主要分为安全接地和工作接地。工作接地重点在于高压电缆屏蔽层的接地方式。高速动车组通过受电弓滑板从接触网获取电流，经车载牵引变压器、整流逆变设备等将牵引变电所提供的电能转化为动车组牵引电机可以利用的电能，其中牵引电流经牵引变压器一次侧末端导入钢轨完成回流称为动车组工作接地系统。

车辆所有导电的、可接触到的零部件，如转向架、牵引设备箱、辅助供电模块箱等，在故障状态下可能携带危险接触电压，必须通过保护性屏蔽接地用低电阻连接到车体上，使得所有导电的设备具有相同的电位，这是高速列车组安全接地系统。安全接地的接地电阻越低，车体电势越低。由于车载电气设备均以车体为公共参考地电位，若设备发生故障如绝缘损坏和短路等，故障电流将直接泄放至车体，造成车体电位的抬升，危害其他车载电器设备的安全运行。

因接地方式不当导致的接地碳刷的异常磨耗、车体电势抬升、车载传感器报错甚至烧毁等现象时有发生。列车移动运行时，由于某些钢轨回路电阻大于车体回路电阻，导致工作接地释放到钢轨的牵引电流会经过安全接地装置流进车体中，形成了车轨环流。这会抬高车体电位，由于车体是弱电信号的公共参考地，该电压会损坏车载控制、通信等弱电设备；同时会导致车体局部发热，加快绝缘老化。现有某些高速列车接地系统中，为了抑制车轨环流，减少通过钢轨流入车体的电流分量，在车体和接地碳刷之间加入一个隔离电阻，以增大车体电阻，使电流通过隔离电阻进入车体的分量较少。但是当发生雷击跳闸、过电压冲击时，避雷器或接地开关闭合，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，由于车体是弱电信号的公共参考地，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。同时当避雷器导通时，接地电阻与主回路的变压器是并联关系，高压雷电波仍然会加载在车载变压器的两端，通过变压器耦合到二次侧，造成变压器二次侧连接设备的损坏。

因此针对我国运营动车组接地的特点，需要设计一种解决现有高速列车接地系统问题的接地工作方法。这种方法需要减轻车轨回流损害，避免车载弱电设备受到车体环流干扰、设备异常报错损坏发热以及造成接地碳刷异常磨损。并且在产生过电压时，可以有效的减轻在产生过电压造成的冲击电压反击损坏车载控制、通信等弱电设备，提高车体弱电设备的安全性。同时，避免高压雷电波的耦合造成的变压器二次侧连接设备损坏。

发明内容

针对现有高速列车接地技术中存在的问题，本发明提供一种适用于高速列车的工作与安全接地独立分布方法。

本发明为实现其发明目的，具体的技术方案是：工作接地系统和安全接地(即保护接地)系统在两根钢轨侧独立分布。

其中，工作接地系统的接地过程为：车厢通过受电弓从接触网上接入25KV/50HZ高压交流电，经过真空断路器输送给变压器的一次侧，然后经由接地碳刷滑动接触到车轮一和车轮二上，再与钢轨一滚动接触，最后通过钢轨一到达变电所的回流线形成回流。

其中，安全接地系统的接地过程为：车厢直接由接地碳刷滑动接触到车轮三和车轮四上，再与钢轨二滚动接触来泄放过电压。

上述钢轨一和钢轨二间轨枕不导电。

所有车轮与另一侧对应车轮间有轮轴，轮轴不导电。

进一步的，工作接地系统分布在牵引车厢；安全接地系统分布于每节车厢。

进一步的，接地碳刷的电阻为10-20mΩ。

本发明的有益技术效果为：

1、本发明的安全接地和工作接地独立为两套系统，分别独立连接于两侧钢轨。采用这种接地方法，转向架一和车体之间、车体、转向架二和车体相当于一个电阻，该电阻限制由工作接地进入车体的电流分量，减轻了车轨回流损害，避免车载弱电设备受到车体环流干扰、设备异常报错损坏发热以及造成接地碳刷异常磨损降低寿命。

2、本发明的安全接地中，由于车体直接与接地碳刷相连，经由车体传播的过电压可以直接通过接地碳刷泄放。由于接地碳刷接触电阻较小，可以有效的减轻在产生过电压造成的冲击电压反击损坏车载控制、通信等弱电设备，提高了车体弱电设备的安全性。同时，避免高压雷电波的耦合造成的变压器二次侧连接设备损坏。

附图说明

图1是本发明的列车整体接地分布示意图。

图2是本发明牵引车厢的工作接地和安全接地俯视图。

图3是列车主电路结构。

图4是列车车厢接地结构示意图。

图中各标号为：1—车厢，2—变压器，3—转向架一，4—转向架二，5—车轮一，6—车轮二，7—车轮三，8—车轮四，9—轮轴，10—受电弓，11—真空断路器，12—整流器，13—钢轨一，14—钢轨二，15—逆变器，16—异步电机，17—绝缘空簧，18—接地碳刷，19—绝缘轴承箱。

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。

本发明的一种适用于高速列车的工作与安全接地独立分布方法，其分布方式如图1所示，工作接地系统和安全接地系统在两根钢轨侧独立分布。工作接地系统分布在牵引车厢；安全接地系统分布于每节车厢。

其中，工作接地系统的接地过程为：车厢1通过受电弓10从接触网上接入25KV/50HZ高压交流电，经过真空断路器11输送给变压器2的一次侧，然后经由接地碳刷18滑动接触到车轮一5和车轮二6上，再与钢轨一13滚动接触，最后通过钢轨一13到达变电所的回流线形成回流。

其中，安全接地系统的接地过程为：车厢1直接由接地碳刷18滑动接触到车轮三7和车轮四8上，再与钢轨二14滚动接触来泄放过电压。同理，列车其他车厢安全接地系统电流经接地碳刷18、车轮，流入钢轨二14。

上述钢轨一13和钢轨二14间轨枕不导电。

所有车轮与另一侧对应车轮间有轮轴9，轮轴9不导电。

现有高速列车移动运行时，工作接地、安全接地系统的电流经过接地碳刷、轮对释放到钢轨，由于工作接地和安全接地电流都流过轨道同一侧钢轨，而由于某些车体回路的电阻小于钢轨回路的电阻，导致工作接地释放到钢轨的牵引电流会经过安全接地流进车体中，形成车轨环流。本发明的牵引车厢接地示意图如图2所示，该列车厢有两个转向架——转向架一3和转向架二4，其中车轮一5和车轮二6连接的是工作接地，车轮三7和车轮四8连接的是安全接地。牵引电流经牵引变压器2一次侧末端后导入转向架一3，并经过钢轨一13完成回流后，由于转向架一3和车厢1之间、车厢1相当于一个电阻，起到了隔离电阻的作用，该电阻限制由工作接地进入车厢1的电流分量，减轻车轨回流带来的损害，避免车载弱电设备受到车体环流干扰、设备异常发热以及造成接地碳刷异常磨损。

现有某些高速列车接地系统中，为了减少通过钢轨流入车体的电流分量，在车体和接地碳刷之间加入一个隔离电阻，以增大车体电阻，使电流通过隔离电阻进入车体的分量较少。当发生雷击跳闸、过电压冲击时，避雷器或接地开关闭合，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，由于车体是弱电信号的公共参考地，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。同时当避雷器导通时，接地电阻与主回路的变压器是并联关系，高压雷电波仍然会加载在车载变压器的两端，通过变压器耦合到二次侧，造成变压器二次侧连接设备的损坏。本发明中，经由车厢1传播的过电压可以直接通过接地碳刷18泄放。由于接地碳刷18接触电阻较小(通常数十毫欧)，可以有效的减轻在产生过电压造成的冲击电压反击损坏车载控制、通信等弱电设备，同时，避免高压雷电波的耦合造成的变压器2二次侧连接设备损坏。