天津地铁2号线列车接地问题探讨

天津地铁2号线列车接地问题探讨

摘要：结合天津地铁2号线列车TMS板卡烧毁以及司机控制器级位显示紊乱问题，简要介绍了车辆接地系统，从设备箱体接地和整车接地角度查找分析问题原因并提出改进措施。

关键词：地铁列车、接地、司机控制器级位

地铁车辆集高压、变频、网络通信等系统设备于一体，为了保证车辆上的电气设备或者电路正常工作和人身安全，以及考虑到整车电磁兼容性能，必须将轨道交通车辆上的电气、电子设备进行接地。地铁车辆接地的优劣对列车的安全稳定运行和车内人员的人身安全至关重要。

1、天津地铁2号线地铁接地设计说明

广义地说“地”可以是一个等电位点或等电位面，它为电路系统提供一个参考电位。地铁车辆上的地是指相对零电位基准-车体。地铁车辆接地系统按照功能可划分为工作接地和保护接地两种，下面重点就天津地铁2号线列车的工作接地方式进行说明。

天津地铁2号线电客车为六节编组，车辆配置方式为 Tc-M-M1-T-M-Tc，三动三拖，采用直流750V供电系统，下图为列车高、低压负线示意图（玫红色为高压电路及电流走向，绿色为低压负载电流走向）。

图1列车高低压负线示意图

1.1回流（高压）

供电系统回流路径为牵引变电所正极→接触网→受流器→车辆负载→轮对轨道→地下回流线→牵引变电所负极，故在实际运用中工作接地线最主要的作用是作为电源的回流线。如图1所示，电客车高压回路的具体路径如下：

（1）Tc车高压回路（玫红）：地面变电所（DC750V+）→第三轨→TC车受流器→各开关箱→SIV（DC750V+）→SIV（DC750V-）→IGS（高压开关）→GBT-5→3轴接地装置→轨道→地面变电所（DC750V-）；

（2）M/M1车高压回路（玫红）：地面变电所（DC750V+）→第三轨→M/M1车受流器→各开关箱→VVVF（DC750V+）→VVVF（DC750V-）→GBT-2→GBT- 3/GBT-4 /GBT-5/ GBT-6→1/2/3/4轴接地装置→轨道→地面变电所（DC750V-）。

1.2 电位参考（低压）

天津地铁2号线列车的AC380V由通过辅助逆变器SIV逆变产生，采用的是三相四线制，中线通过分线箱接至汇流排GBT3上，最终通过轴端接地碳刷回到钢轨。从而使运行中辅助逆变器三相系统中线对地电压不变, 且能方便地引出380V/220V电源。

DC110V和DC24V由BCG箱逆变整流产生，负端接至汇流排GBT2上，最终通过轴端接地碳刷回到钢轨。母线电路为全列贯通，并已在整列车内已构成回路，电流最终流回蓄电池负极，负极接地只起到电位参考作用。具体路径如下：

（1）Tc车低压回路：蓄电池充电机和蓄电池（DC110V+）→DC110V+列车线→TC

车DC110V负载→IGS（低压开关）→GBT-4→蓄电池充电；

（2）M/M1车低压回路：DC110V+列车线→M/M1车DC110V负载→LGS→GBT- 3/GBT-4 /GBT-5/ GBT-6→M/M1车1/2/3/4轴接地装置→轨道→TC车2轴接地装置→GBT-2→GBT-4→蓄电池充电机和蓄电池（DC110V-）；

（3）T车低压回路：DC110V+列车线→T车DC110V负载→LGS→GBT- 2/GBT-3→T车2/3轴接地装置→轨道→TC车2轴接地装置→GBT-2→GBT-4→蓄电池充电机和蓄电池（DC110V-）。

1.3 屏蔽接地

由于电路之间存在的寄生电容会相互干扰以及电路辐射等，故必须进行必要的屏蔽和隔离。屏蔽电缆是将被保护线外包裹一层屏蔽金属网，大部分电磁能通过屏蔽体的接地点将其感生电流引入大地，所以电缆屏蔽层必须接地才能起到屏蔽的作用。2号线列车电缆屏蔽层主要有单端接地和双端接地两种。并且车下高低压线缆均分别敷设于金属线槽/管中，有效的隔离了电磁干扰，然后通过线槽/管的可靠接地，减少了射频干扰。

2、车辆运用中出现的问题

天津地铁2号线自开通试运营以来，车辆电气系统运行较为稳定，但仍出现了一些接地布置问题。

2.1TMS背板烧毁问题

在车辆检修中发现将司机控制器手柄操作到RB级位（快速制动位）时，在显示器上

显示为P100。启动SIV，TMS显示司机控制器的模拟电压为1.9V（通常必须为1.0V），且司机控制器自身的输出正常。经排查发现TMS背面板CN-M1连接器的17针的电路烧损。

图2TMS背板接地点烧损图

该烧损电路为TMS单元接地电路。CN-M1连接器17针为TMS的接地点，该接地点允许通过的最大电流为2.5A。对比电路板制作工艺和烧融迹象，可判定此处存在过流现象。但从电路板本身设计和电流计算，远达不到设计的最大电流。分析此点与箱体外界的接地情况，发现此接地点先接至Tc车接地开关箱，然后再通过接地开关箱接地。由前文可知，低压系统接地一般直接连接至车体，然后通过与车体连接的接地线接到轴端接地装置，再接到钢轨上，从而排除其他设备的干扰。由于接地开关箱中同时存在其他设备的负极接地，这种接地方式可能会导致电流从其它设备流向车体接地时，也向TMS单元的FG线分流，导致CN-M1连接器17针有过电流经过，该点电路烧损。具体过程如图3所示：

图3TMS接地线分析示意图

针对这一问题，考虑此点应与车体接地，将进入TMS内的干扰流到车体上。最终将原TMSU CN-M1：17接至接地开关箱的接线改接至车端CJB箱内的接地端子，与车体外壳相接。目前再未发生此类问题。

2.2TMS显示司机控制器级位紊乱问题

列车的牵引和制动指令直接关系到操作控制精度和行车安全，影响重大。自去年以来，2号线陆续出现多列车在送高压（SIV启动）状态下，TMS显示司机控制器牵引制动控制

级位紊乱现象。司机控制器手柄的位置变化通过电位计转化为两路0-10V的模拟电压信号，输出至TMS单元，TMS单元经过计算采集生成指令信号，然后传输至相应的牵引制动系统，具体流程如图4所示。

图4TMS采集牵引制动级位信号示意图

由图4可知，牵引制动级位指令的生成主要由两步组成：①司机控制器根据手柄位置的变化输出模拟电压信号至TMS单元；②TMS单元采集计算该电压信号生成相应的牵引制动指令，传输至牵引制动单元。经过对这两个环节进行排查，发现TMS单元采集处理信号过程中出现干扰，以RB级位举例，正常情况下TMS采集电压范围应为0.8~1.3V（标准为1.0V），实际测量该电压最高显示为1.6V，超出TMS认可范围。并且该故障出现在列车送高压启动SIV后（断开高压后正常），因此怀疑SIV高压负端有电流后对TMS产生影响。

地铁车辆接地设计时，高压回流接地与低压接地应尽量设计为两类独立的接地布置。另外，各种车辆装置、电气柜、屏蔽设备等都应该有足够低的阻抗连接车辆金属底盘，从而限制电路之间的共模电压。杂散电流将优先流向列车地线，而不是通过或耦接其他电路。经检查， Tc车接地线路是将高低压负线连接至一个汇流排接地，高低压负线未完全隔离，可能导致高压回路对低压回路产生干扰。故拆除IGS至接地汇流排GBT-3的低压回流电缆，实现隔离辅助电源高压负端和低压负载负端，同时考虑接地冗余，将距离轴端接地装置最近的GBT-2和GBT-5用接地线连接。经试验在高压状态下启动SIV后，未出现司机控制器级位紊乱现象。

3、结语

地铁车辆接地的优劣对列车的安全稳定运行和车内人员的人身安全至关重要。良好的接地设计不仅能为杂散电流提供一个很低的低阻抗路径，还能有效提高系统的抗干扰度，减小对车上其他设备的影响。本文结合天津地铁2号线列车接地系统中出现的相关问题进行介绍分析，为地铁列车接地系统设计的完善提供参考。

参考文献

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[2]朱军,王健全,李林森.城轨车辆接地系统设计[J].铁道车辆，2009,47（1）：26-27

[3]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