天津地鐵2號(hào)線列車接地問題探討

1、<p>　　天津地鐵2號(hào)線列車接地問題探討</p><p>　　摘要：結(jié)合天津地鐵2號(hào)線列車TMS板卡燒毀以及司機(jī)控制器級(jí)位顯示紊亂問題，簡(jiǎn)要介紹了車輛接地系統(tǒng)，從設(shè)備箱體接地和整車接地角度查找分析問題原因并提出改進(jìn)措施。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：地鐵列車、接地、司機(jī)控制器級(jí)位 </p><p>　　中圖分類號(hào)：U231文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p

2、><p>　　地鐵車輛集高壓、變頻、網(wǎng)絡(luò)通信等系統(tǒng)設(shè)備于一體，為了保證車輛上的電氣設(shè)備或者電路正常工作和人身安全，以及考慮到整車電磁兼容性能，必須將軌道交通車輛上的電氣、電子設(shè)備進(jìn)行接地。地鐵車輛接地的優(yōu)劣對(duì)列車的安全穩(wěn)定運(yùn)行和車內(nèi)人員的人身安全至關(guān)重要。 </p><p>　　1、天津地鐵2號(hào)線地鐵接地設(shè)計(jì)說明 </p><p>　　廣義地說“地”可以是一個(gè)等電位點(diǎn)或

3、等電位面，它為電路系統(tǒng)提供一個(gè)參考電位。地鐵車輛上的地是指相對(duì)零電位基準(zhǔn)-車體。地鐵車輛接地系統(tǒng)按照功能可劃分為工作接地和保護(hù)接地兩種，下面重點(diǎn)就天津地鐵2號(hào)線列車的工作接地方式進(jìn)行說明。 </p><p>　　天津地鐵2號(hào)線電客車為六節(jié)編組，車輛配置方式為 Tc-M-M1-T-M-Tc，三動(dòng)三拖，采用直流750V供電系統(tǒng)，下圖為列車高、低壓負(fù)線示意圖（玫紅色為高壓電路及電流走向，綠色為低壓負(fù)載電流走向）。 &l

4、t;/p><p>　　圖1列車高低壓負(fù)線示意圖 </p><p>　　1.1回流（高壓） </p><p>　　供電系統(tǒng)回流路徑為牽引變電所正極→接觸網(wǎng)→受流器→車輛負(fù)載→輪對(duì)軌道→地下回流線→牽引變電所負(fù)極，故在實(shí)際運(yùn)用中工作接地線最主要的作用是作為電源的回流線。如圖1所示，電客車高壓回路的具體路徑如下： </p><p>　?。?）Tc車高壓

5、回路（玫紅）：地面變電所（DC750V+）→第三軌→TC車受流器→各開關(guān)箱→SIV（DC750V+）→SIV（DC750V-）→IGS（高壓開關(guān)）→GBT-5→3軸接地裝置→軌道→地面變電所（DC750V-）； </p><p>　?。?）M/M1車高壓回路（玫紅）：地面變電所（DC750V+）→第三軌→M/M1車受流器→各開關(guān)箱→VVVF（DC750V+）→VVVF（DC750V-）→GBT-2→GBT- 3/

6、GBT-4 /GBT-5/ GBT-6→1/2/3/4軸接地裝置→軌道→地面變電所（DC750V-）。 </p><p>　　1.2 電位參考（低壓） </p><p>　　天津地鐵2號(hào)線列車的AC380V由通過輔助逆變器SIV逆變產(chǎn)生，采用的是三相四線制，中線通過分線箱接至匯流排GBT3上，最終通過軸端接地碳刷回到鋼軌。從而使運(yùn)行中輔助逆變器三相系統(tǒng)中線對(duì)地電壓不變, 且能方便地引出38

7、0V/220V電源。 </p><p>　　DC110V和DC24V由BCG箱逆變整流產(chǎn)生，負(fù)端接至匯流排GBT2上，最終通過軸端接地碳刷回到鋼軌。母線電路為全列貫通，并已在整列車內(nèi)已構(gòu)成回路，電流最終流回蓄電池負(fù)極，負(fù)極接地只起到電位參考作用。具體路徑如下： </p><p>　?。?）Tc車低壓回路：蓄電池充電機(jī)和蓄電池（DC110V+）→DC110V+列車線→TC車DC110V負(fù)載→

8、IGS（低壓開關(guān)）→GBT-4→蓄電池充電； </p><p>　　（2）M/M1車低壓回路：DC110V+列車線→M/M1車DC110V負(fù)載→LGS→GBT- 3/GBT-4 /GBT-5/ GBT-6→M/M1車1/2/3/4軸接地裝置→軌道→TC車2軸接地裝置→GBT-2→GBT-4→蓄電池充電機(jī)和蓄電池（DC110V-）； </p><p>　?。?）T車低壓回路：DC110V+列

9、車線→T車DC110V負(fù)載→LGS→GBT- 2/GBT-3→T車2/3軸接地裝置→軌道→TC車2軸接地裝置→GBT-2→GBT-4→蓄電池充電機(jī)和蓄電池（DC110V-）。 </p><p><b>　　1.3 屏蔽接地 </b></p><p>　　由于電路之間存在的寄生電容會(huì)相互干擾以及電路輻射等，故必須進(jìn)行必要的屏蔽和隔離。屏蔽電纜是將被保護(hù)線外包裹一層屏蔽金

10、屬網(wǎng)，大部分電磁能通過屏蔽體的接地點(diǎn)將其感生電流引入大地，所以電纜屏蔽層必須接地才能起到屏蔽的作用。2號(hào)線列車電纜屏蔽層主要有單端接地和雙端接地兩種。并且車下高低壓線纜均分別敷設(shè)于金屬線槽/管中，有效的隔離了電磁干擾，然后通過線槽/管的可靠接地，減少了射頻干擾。 </p><p>　　2、車輛運(yùn)用中出現(xiàn)的問題 </p><p>　　天津地鐵2號(hào)線自開通試運(yùn)營(yíng)以來，車輛電氣系統(tǒng)運(yùn)行較為穩(wěn)定，

11、但仍出現(xiàn)了一些接地布置問題。 </p><p>　　2.1TMS背板燒毀問題 </p><p>　　在車輛檢修中發(fā)現(xiàn)將司機(jī)控制器手柄操作到RB級(jí)位（快速制動(dòng)位）時(shí)，在顯示器上顯示為P100。啟動(dòng)SIV，TMS顯示司機(jī)控制器的模擬電壓為1.9V（通常必須為1.0V），且司機(jī)控制器自身的輸出正常。經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)TMS背面板CN-M1連接器的17針的電路燒損。 </p><p&g

12、t;　　圖2TMS背板接地點(diǎn)燒損圖 </p><p>　　該燒損電路為TMS單元接地電路。CN-M1連接器17針為TMS的接地點(diǎn)，該接地點(diǎn)允許通過的最大電流為2.5A。對(duì)比電路板制作工藝和燒融跡象，可判定此處存在過流現(xiàn)象。但從電路板本身設(shè)計(jì)和電流計(jì)算，遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)的最大電流。分析此點(diǎn)與箱體外界的接地情況，發(fā)現(xiàn)此接地點(diǎn)先接至Tc車接地開關(guān)箱，然后再通過接地開關(guān)箱接地。由前文可知，低壓系統(tǒng)接地一般直接連接至車體，然后

13、通過與車體連接的接地線接到軸端接地裝置，再接到鋼軌上，從而排除其他設(shè)備的干擾。由于接地開關(guān)箱中同時(shí)存在其他設(shè)備的負(fù)極接地，這種接地方式可能會(huì)導(dǎo)致電流從其它設(shè)備流向車體接地時(shí)，也向TMS單元的FG線分流，導(dǎo)致CN-M1連接器17針有過電流經(jīng)過，該點(diǎn)電路燒損。具體過程如圖3所示： </p><p>　　圖3TMS接地線分析示意圖 </p><p>　　針對(duì)這一問題，考慮此點(diǎn)應(yīng)與車體接地，將進(jìn)入

14、TMS內(nèi)的干擾流到車體上。最終將原TMSU CN-M1：17接至接地開關(guān)箱的接線改接至車端CJB箱內(nèi)的接地端子，與車體外殼相接。目前再未發(fā)生此類問題。 </p><p>　　2.2TMS顯示司機(jī)控制器級(jí)位紊亂問題 </p><p>　　列車的牽引和制動(dòng)指令直接關(guān)系到操作控制精度和行車安全，影響重大。自去年以來，2號(hào)線陸續(xù)出現(xiàn)多列車在送高壓（SIV啟動(dòng)）狀態(tài)下，TMS顯示司機(jī)控制器牽引制動(dòng)控

15、制級(jí)位紊亂現(xiàn)象。司機(jī)控制器手柄的位置變化通過電位計(jì)轉(zhuǎn)化為兩路0-10V的模擬電壓信號(hào)，輸出至TMS單元，TMS單元經(jīng)過計(jì)算采集生成指令信號(hào)，然后傳輸至相應(yīng)的牽引制動(dòng)系統(tǒng)，具體流程如圖4所示。 </p><p>　　圖4TMS采集牽引制動(dòng)級(jí)位信號(hào)示意圖 </p><p>　　由圖4可知，牽引制動(dòng)級(jí)位指令的生成主要由兩步組成：①司機(jī)控制器根據(jù)手柄位置的變化輸出模擬電壓信號(hào)至TMS單元；②TMS

16、單元采集計(jì)算該電壓信號(hào)生成相應(yīng)的牽引制動(dòng)指令，傳輸至牽引制動(dòng)單元。經(jīng)過對(duì)這兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)TMS單元采集處理信號(hào)過程中出現(xiàn)干擾，以RB級(jí)位舉例，正常情況下TMS采集電壓范圍應(yīng)為0.8~1.3V（標(biāo)準(zhǔn)為1.0V），實(shí)際測(cè)量該電壓最高顯示為1.6V，超出TMS認(rèn)可范圍。并且該故障出現(xiàn)在列車送高壓?jiǎn)?dòng)SIV后（斷開高壓后正常），因此懷疑SIV高壓負(fù)端有電流后對(duì)TMS產(chǎn)生影響。 </p><p>　　地鐵車輛接地設(shè)

17、計(jì)時(shí)，高壓回流接地與低壓接地應(yīng)盡量設(shè)計(jì)為兩類獨(dú)立的接地布置。另外，各種車輛裝置、電氣柜、屏蔽設(shè)備等都應(yīng)該有足夠低的阻抗連接車輛金屬底盤，從而限制電路之間的共模電壓。雜散電流將優(yōu)先流向列車地線，而不是通過或耦接其他電路。經(jīng)檢查， Tc車接地線路是將高低壓負(fù)線連接至一個(gè)匯流排接地，高低壓負(fù)線未完全隔離，可能導(dǎo)致高壓回路對(duì)低壓回路產(chǎn)生干擾。故拆除IGS至接地匯流排GBT-3的低壓回流電纜，實(shí)現(xiàn)隔離輔助電源高壓負(fù)端和低壓負(fù)載負(fù)端，同時(shí)考慮接地冗

18、余，將距離軸端接地裝置最近的GBT-2和GBT-5用接地線連接。經(jīng)試驗(yàn)在高壓狀態(tài)下啟動(dòng)SIV后，未出現(xiàn)司機(jī)控制器級(jí)位紊亂現(xiàn)象。 </p><p><b>　　3、結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　地鐵車輛接地的優(yōu)劣對(duì)列車的安全穩(wěn)定運(yùn)行和車內(nèi)人員的人身安全至關(guān)重要。良好的接地設(shè)計(jì)不僅能為雜散電流提供一個(gè)很低的低阻抗路徑，還能有效提高系統(tǒng)的抗干擾度，減小對(duì)車上其他設(shè)備的

19、影響。本文結(jié)合天津地鐵2號(hào)線列車接地系統(tǒng)中出現(xiàn)的相關(guān)問題進(jìn)行介紹分析，為地鐵列車接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的完善提供參考。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]GB50157-2003，地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2003. </p><p>　　[2]朱軍,王健全,李林森.城軌車輛接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].鐵道車輛，2009,47