摘要：文章归纳总结了城市轨道交通车辆的接地概念与设计原则，以减小流经车体的回流电流为方向，从项目实用角度出发，提出一种新型的接地方案及其实现方式。该方案不仅能够优化车下电气布线设计，而且能够提高车辆的电磁兼容性能，增加接地系统的安全性。

关键词：轨道交通车辆；接地系统；接地方案；接地电阻

随着城市轨道车辆各类功能的增加，车辆电气系统的功能也越来越复杂，这就要求车辆电气接地系统必须要安全、稳定可靠地投入使用。文献[1]基于车辆角度分析了接地电阻的使用，但缺少整列车接地系统的详细设计；文献[2]提出了接地系统方案，但已不满足新型地铁的接地需求，且缺少车下布线方案设计。为适应车辆电气设计原理，确保车辆具有良好的接地性能，提高车辆的电磁兼容能力，同时增加基于不锈钢车体的车下电气布线的实用性和美观性，研发一种新的车辆接地方式及布线设计非常必要。

1 接地系统概念与设计原则

1.1 接地系统概念

按照功能不同，车辆接地可分为3类：回流接地、保护接地、屏蔽接地。

（1）回流接地。车辆高压设备工作的回流接地，通常车辆轴端的接地回流装置与回流轨（钢轨）相接触，这样形成“弓网→车辆高压设备→接地回流装置→回流轨（钢轨）”的电流环路，可以使列车牵引及辅助供电设备正常工作。

（2）保护接地。为了保障人身安全，车辆上所有可触及的导电设备，如转向架、牵引电机、牵引逆变器箱、辅助逆变器箱等，它们的机构或者箱体外壳在故障情况下可能携带高电压，须通过电缆（低电阻）连接到车体构成保护接地。

在车体与固定式的保护性导体（钢轨）之间，车辆的保护接地必须存在至少两条电缆路径，而且这两条路径的布置应确保其中一条路径发生故障时，乘客或工作人员不会产生触电危险。

（3）屏蔽接地。屏蔽接地可以提高电磁兼容性，防止电气设备之间相互干扰。为了改善通信信号设备工作的信噪比，提高通信质量，电缆、电气设备需要设置屏蔽接地。如果接地体内出现电流或雷击电流，屏蔽层两点接地的电缆两端会存在电势差，屏蔽层内会出现电流，导致屏蔽层自身形成干扰源。因此，车体需要等电位连接，防止两端接地的电缆屏蔽层出现电流，影响通信信号设备的通信质量。

1.2 接地系统的设计原则

（1）回流接地设计与保护接地设计单独考量，不能合并处理。

（2）车辆的高压电气回路与低压电气回路互相独立，不能产生影响。

（3）转向架机构的接地应就近连接车体接地块。

（4）从接地块到各接地装置的回流线的阻抗尽量一致。

（5）车辆电气设备、机械设备的外壳以及转向架机构等需要连接车体的接地点需设置独立专用的接地电缆，接地电缆线径满足设计计算要求，否则会对接地系统的稳定性和安全性造成影响。接地点采用紧固接触，接触面不能涂油漆、油脂等影响接触电阻的物质。

2 接地分析

2.1 回流接地分析

为防止电气牵引逆变的回路电流对其他设备的回路产生干扰，并能够稳定可靠地接地，回流接地直接与车辆转向架上的轴端接地装置连接。目前，城市轨道交通车辆都是使用钢轨作为回流轨，整车的回流接地通过车辆的轴端接地装置连通轮对，继而与钢轨接触实现回流。牵引电流的流向是：变电站→车辆受电弓→车辆牵引变流设备→轴端接地装置→车辆轮对→钢轨→变电站。由于在轨道车辆编组的情况下，钢轨上的回流电流能够从车辆的轮对上经过轴端接地装置进入车体，在这样的情况下，车体可以等效为一个电阻与钢轨并联。

2.2 保护接地分析

保护接地是将列车及其电气设备的外壳、配电装置的金属框架的外露导电部位接地，确保在因带电设备的绝缘损坏而使车体、电气设备外壳带电时，故障电流会通过保护接地体进入钢轨，最终流入大地，而不对车辆上的乘客造成危害。

由上文分析可知，牽引逆变的回流电流I的一部分I1会进入车体，虽然这部分电流不会对车体和人身安全造成影响，但是会造成车体与钢轨间的电位差，导致车辆设备工作不稳定，并对车辆的电磁兼容性能造成一定影响。由于车辆编组以及线路的复杂性，很难得到I1的确切值，在工程设计中，流经车体的电流I1占回流电流I的比值越小，就认为车辆的接地效果越好。

由图1根据欧姆定律可知，提高电流I1通过车体一路的阻抗，可以降低电流I1占回流电流I的比值。在车辆接地系统设计中，在车体与轴端接地设备之间加入一个阻值适当的接地电阻提高电流I1流经车体一路的阻抗、实现牵引高压的回路电流不再回流到车体的设计初衷。同时，接地电阻的阻值不能过大，要能使车体保持在一个安全的电位上。由此可知，接地电阻主要是为了减小流入车体的牵引回路电流，使得牵引回路电流的绝大部分都通过回流轨（钢轨）回到变电站负极。同时，它还能阻止钢轨上的其他杂乱电流进入车体，起到保护车辆电气设备正常工作的作用。

3 接地系统的实现

3.1 接地原理图

车辆的工作接地，高压牵引变流回流线分为N1、N2两根，可以根据情况，平均分配布线到车辆的两个转向架区域的汇流排上，汇流排与车体保持绝缘，然后连接到转向架的轴端接地点上。两根回流线缆规格相同，具有大致相同的长度，确保两个车轮接地触点的连接电阻阻值大致相等。

根据标准EN 50153规定，车体与固定式的保护性导体（轨道）之间的阻值不能大于50mΩ。根据设计经验，在车辆两端转向架区域各设置一个接地电阻Rb，阻值为50mΩ。每辆车之间通过两根电缆连接使整列车成为一个等势体。

由于车上电气设备种类繁多，电压等级多样，且车辆在线路上的运行情况也不尽相同，会造成两列车间可能存在电势差。在两车重联时，重联车钩上就会有电流通過，造成车上电气设备故障。为使车辆之间等电位，在每个车头的车钩上并联一组接地电阻Rec，避免两单元间出现电流。

城轨车辆的辅助供电中的蓄电池供电也涉及电流回流的问题，城轨车辆的辅助供电通常采用直流110V电源，电源与车载蓄电池电源对接。根据辅助供电接地与高压工作回路接地独立设计的原则，辅助供电的负极直接与车体接地即可，但是此种方式会使的钢轨上的工作回流及杂散电流从钢轨→车辆轮对→车体→电池负极→车体→车辆轮对→钢轨形成环流，导致蓄电池负极发热。由此，在蓄电池负极与车体接地间引入接地电阻Re，辅助供电的负极对车体呈现高阻态，方式如图3所示。

3.2 车辆布置

综上所述，结合车下布线方案设计的结构特点，可将转向架区域的接地汇流排布置在车下的车端高压接线箱内，将接地电阻Rb放置在车端高压接线箱周边，既能保证汇流排与接地电阻之间的线缆尽量短，又能避免接地电阻在车辆运行中发热影响其他设备和线缆，如图4所示。车端高压接线箱是轨道车辆为了车辆布线而设置的车下接线、分线机构，通常布置在车辆的两个端部，靠近转向架区域；箱体内部设置高压接线端子排，用于车辆间跨接线缆、车下以及车内电气设备的接线、分线。接线箱密封等级高，对接线保护程度高。

在车辆两端的高压接线箱内设置规格相同的汇流排，不但能满足车辆接地回流要求，保证轮轨之间等电位，而且能避免汇流排、接地线等裸露在车下受到污染，提高车下设备的安全性能与车下布线的美观实用性能。接地汇流排与车端箱集成设计的方案具有很高的应用价值，为其他地铁车辆的接地及车下布线设计提供了积极的借鉴意义。