鄧學(xué)暉，陳國(guó)鋒

（中車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130062）

高速動(dòng)車(chē)組工作接地電流試驗(yàn)研究

鄧學(xué)暉，陳國(guó)鋒

（中車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130062）

基于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在高速動(dòng)車(chē)組以時(shí)速300km的牽引功率運(yùn)行前提下，對(duì)動(dòng)車(chē)組牽引變壓器接地端設(shè)置兩路工作接地和三路工作接地2種情況下的工作接地電流進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，分析工作接地電流的變化趨勢(shì)及變化原因。在牽引變壓器接地端設(shè)置兩路工作接地時(shí)，在工作接地變化的一個(gè)周期內(nèi)，各路工作接地電流幅值的變化區(qū)間為90～210A，每路工作接地呈現(xiàn)同等的泄流能力；設(shè)置三路工作接地時(shí)，各路工作接地電流幅值的變化區(qū)間分別為90～190A、100～170A和20～75A，每路工作接地的泄流能力不同。分析結(jié)論為進(jìn)一步優(yōu)化動(dòng)車(chē)組的工作接地方式提供參考。

高速動(dòng)車(chē)組；工作接地；接地電流；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

0 引言

高速動(dòng)車(chē)組的工作接地是牽引電流回流至牽引變電所的泄放通道，高速動(dòng)車(chē)組受電弓從接觸網(wǎng)上取得牽引電流，牽引電流通過(guò)高速動(dòng)車(chē)組車(chē)頂高壓電纜傳輸至牽引變壓器，牽引變壓器設(shè)有工作接地端子，牽引電流通過(guò)牽引變壓器接地端設(shè)置的工作接地傳輸至輪對(duì)并流入鋼軌，最終回流至牽引變電所，動(dòng)車(chē)組工作接地直接關(guān)系著動(dòng)車(chē)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，一旦工作接地出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致動(dòng)車(chē)組牽引電流回流不暢，給動(dòng)車(chē)組的安全運(yùn)行帶來(lái)安全隱患[1]。

針對(duì)我國(guó)列車(chē)的接地問(wèn)題，相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了大量研究。針對(duì)車(chē)體轉(zhuǎn)向架電氣接地問(wèn)題，張維國(guó)首先對(duì)客車(chē)轉(zhuǎn)向架車(chē)體接地電流進(jìn)行測(cè)量，提出應(yīng)進(jìn)一步研究接地線(xiàn)電流對(duì)軸承的影響[2]。文獻(xiàn)[3]進(jìn)一步分析了接地電流對(duì)軸承電蝕的影響，并提出加裝軸端接地裝置的方法減輕軸承的電蝕損傷。文獻(xiàn)[4]介紹動(dòng)車(chē)組齒輪箱接地裝置中接地碳刷的用途、性能，并比較國(guó)產(chǎn)碳刷與進(jìn)口碳刷的優(yōu)劣，為碳刷的國(guó)產(chǎn)化研究提供依據(jù)。針對(duì)我國(guó)已運(yùn)行動(dòng)車(chē)組，裴春興系統(tǒng)總結(jié)了CRH1、CRH2、CRH3和CRH5四種類(lèi)型動(dòng)車(chē)組的接地方式，并對(duì)CRH3型動(dòng)車(chē)組接地參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算分析，為動(dòng)車(chē)組的接地工程設(shè)計(jì)提供參考[5]?；贑RH380BL型高速動(dòng)車(chē)組，文獻(xiàn)[6]比較2種不同保護(hù)接地方案，提出保護(hù)接地的改進(jìn)方案，在充分保證車(chē)體與鋼軌等電勢(shì)的同時(shí)，盡可能減小流經(jīng)車(chē)體的電流。文獻(xiàn)[7]對(duì)動(dòng)車(chē)組接地電流進(jìn)行仿真分析，并提出通過(guò)加接地電阻的方法來(lái)減小車(chē)體環(huán)流。文獻(xiàn)[8]比較幾種動(dòng)車(chē)組的接地方式，提出動(dòng)車(chē)組接地方式的一種優(yōu)化方案，并對(duì)這種接地方法進(jìn)行試驗(yàn)分析。文獻(xiàn)[9]比較車(chē)體各類(lèi)接地方式的特點(diǎn)，研究接地方式對(duì)車(chē)體浪涌過(guò)電壓的影響。

目前，我國(guó)各類(lèi)動(dòng)車(chē)組工作接地方式不盡相同，對(duì)于動(dòng)車(chē)組工作接地方式的試驗(yàn)分析并不多見(jiàn)，有必要對(duì)動(dòng)車(chē)組的工作接地方式進(jìn)行試驗(yàn)研究?；诂F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)動(dòng)車(chē)組2種工作接地方案下的接地電流進(jìn)行測(cè)試分析，揭示動(dòng)車(chē)組工作接地電流變化規(guī)律，為動(dòng)車(chē)組工作接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。

1 動(dòng)車(chē)組工作接地電流測(cè)試試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置主要包括高精度電流鉗傳感器（見(jiàn)圖1）、高速數(shù)據(jù)采集器（見(jiàn)圖2）、PC機(jī)等。

圖1 高精度電流鉗傳感器

圖2 高速數(shù)據(jù)采集器

1.2 試驗(yàn)原理

動(dòng)車(chē)組工作接地電流測(cè)試原理見(jiàn)圖3，工作接地電流現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試見(jiàn)圖4。高精度電流鉗傳感器固定在動(dòng)車(chē)組工作接地電纜上，捕捉工作接地電流信號(hào)，高精度電流鉗傳感器的另一端通過(guò)同軸電纜與高速數(shù)據(jù)采集器相連，高速數(shù)據(jù)采集器在獲得工作接地電流信號(hào)后，通過(guò)同軸電纜將信號(hào)傳輸至PC機(jī)顯示并保存。

圖3 工作接地電流測(cè)試原理

圖4 工作接地電流現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試圖

2 數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果分析

2.1 設(shè)置兩路工作接地

基于CRH380B型高速動(dòng)車(chē)組的工作接地方式，在哈大高鐵進(jìn)行工作接地電流測(cè)試。CRH380B型高速動(dòng)車(chē)組工作接地設(shè)置在2車(chē)的2軸、3軸與7車(chē)的2軸、3軸。CRH380B型高速動(dòng)車(chē)組的工作接地方式見(jiàn)圖5，工作接地設(shè)置具有對(duì)稱(chēng)性。工作接地電流分別由2車(chē)2軸、3軸的軸端接地裝置流入泄流輪對(duì)，然后流入鋼軌回流至牽引變電所。

圖5 CRH380B型動(dòng)車(chē)組工作接地方式

試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置數(shù)據(jù)采集器的采樣頻率為1 kHz（即1 000個(gè)數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)代表采集時(shí)間為1 s），在動(dòng)車(chē)組以時(shí)速300 km的牽引功率運(yùn)行時(shí)，選取其中一段試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖6。

圖6 牽引變壓器接地端設(shè)置兩路工作接地試驗(yàn)結(jié)果

由圖6可知，2車(chē)的牽引變壓器原邊接地總電流幅值為300 A，2車(chē)2軸、3軸的工作接地電流呈現(xiàn)周期性變化，變化周期約為16 s，工作接地電流的變化周期與鐵路相鄰兩條吸上線(xiàn)設(shè)置的距離有關(guān)。在工作接地電流變化的一個(gè)周期內(nèi)，2車(chē)2軸的工作接地電流幅值由最小值90 A緩慢增大到210 A，再迅速減小至90 A，呈現(xiàn)出先緩慢增大再迅速減小的變化趨勢(shì)。同時(shí)，在同一對(duì)應(yīng)的變化周期內(nèi)，2車(chē)3軸工作接地電流幅值由最大值210 A緩慢減小至90 A，再迅速增大至210 A，呈現(xiàn)出先緩慢減小再迅速增大的變化趨勢(shì)。從整體的測(cè)試結(jié)果來(lái)看，2車(chē)2軸工作接地和2車(chē)3軸的工作接地表現(xiàn)出同等的泄流能力。

在工作接地電流變化的一個(gè)周期內(nèi)，2車(chē)2軸工作接地電流幅值在短時(shí)間內(nèi)由最大值迅速減小到最小值，2車(chē)3軸的工作接地電流幅值由最小值迅速增大到最大值，兩路工作接地電流的迅速變化過(guò)程見(jiàn)圖7。

圖7 動(dòng)車(chē)組工作接地電流迅速變化過(guò)程波形圖

由圖7可知，2車(chē)2軸的工作接地電流幅值達(dá)到最大時(shí)，2車(chē)3軸的工作接地電流幅值正好為最小值，這是因?yàn)樵诟咚賱?dòng)車(chē)組移動(dòng)過(guò)程中，2車(chē)2軸的工作接地泄流輪對(duì)首先到達(dá)吸上線(xiàn)位置，工作接地電流由2車(chē)2軸工作接地泄流至鋼軌后，可直接通過(guò)處于2車(chē)2軸輪對(duì)處的吸上線(xiàn)流向回流線(xiàn)，然后回流至牽引變電所。在2車(chē)2軸工作接地泄流輪對(duì)到達(dá)吸上線(xiàn)位置時(shí)，工作接地電流通過(guò)2車(chē)2軸處設(shè)置的工作接地回流的阻抗達(dá)到最小值，所以2車(chē)2軸的工作接地電流幅值達(dá)到最大值，單個(gè)變壓器的牽引電流幅值為300 A保持不變，故此時(shí)2車(chē)3軸的工作接地電流幅值達(dá)到最小值。2車(chē)2軸、3軸的工作接地電流幅值達(dá)到最大值時(shí)的時(shí)間差約為0.24 s，動(dòng)車(chē)組運(yùn)行0.24 s后2車(chē)3軸工作接地泄流輪對(duì)也恰好到達(dá)吸上線(xiàn)位置，試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際情況一致。

2.2 設(shè)置三路工作接地

基于中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組的工作接地方式，在大西客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)進(jìn)行工作接地電流測(cè)試，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組的變壓器原邊接地端設(shè)置三路工作接地，工作接地電流通過(guò)工作接地電纜由3車(chē)2軸、3軸、4軸的接地裝置泄放至鋼軌。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組的工作接地方式見(jiàn)圖8。

數(shù)據(jù)采集器的采樣頻率同樣設(shè)置為1 kHz，工作接地電流測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖9。

圖8 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組工作接地方式

圖9 牽引變壓器接地端設(shè)置三路工作接地試驗(yàn)結(jié)果

由圖9可知，三路工作接地電流同樣呈現(xiàn)周期性變化，在工作接地電流變化的一個(gè)周期內(nèi)，3車(chē)2軸的工作接地電流幅值由最大值190 A緩慢減小到最小值90 A，再迅速增大至190 A，呈現(xiàn)出先緩慢減小再迅速增大的變化趨勢(shì)。3車(chē)3軸、4軸的工作接地電流整體變化趨勢(shì)大體一致，接地電流幅值均呈現(xiàn)出先緩慢增大再迅速減小的變化趨勢(shì)。3車(chē)3軸的工作接地電流幅值由最大值170 A緩慢減小到最小值100 A，再迅速增大至170 A，3車(chē)4軸的工作接地電流幅值由最大值75 A緩慢減小到最小值20 A，再迅速增大至75 A。

由以上分析可知，三路工作接地泄流能力不同，3車(chē)2軸、3軸的工作接地泄流能力大致相當(dāng)，4軸設(shè)置的工作接地泄流能力最弱。

中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組工作接地電流的迅速變化過(guò)程見(jiàn)圖10，3車(chē)2軸、3軸、4軸工作接地電流幅值達(dá)到最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)分別為430、160和130，三者時(shí)間差值分別為0.27 s和0.03 s。在4軸工作接地泄流輪對(duì)通過(guò)吸上線(xiàn)位置后，經(jīng)過(guò)0.03 s，3軸工作接地泄流輪對(duì)也大致達(dá)到吸上線(xiàn)位置，再經(jīng)過(guò)約0.27 s，2軸工作接地泄流輪對(duì)達(dá)到吸上線(xiàn)位置。綜上分析可知，各路工作接地泄流輪對(duì)和吸上線(xiàn)之間的距離變化影響工作接地電流的變化過(guò)程。這也與CRH380B型高速動(dòng)車(chē)組工作接地電流試驗(yàn)結(jié)論相符。

圖10 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組工作接地電流迅速變化過(guò)程波形圖

3 結(jié)論

基于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)分析牽引變壓器接地端設(shè)置兩路工作接地和三路工作接地2種情況下的工作接地電流變化規(guī)律，得出如下結(jié)論：

（1）設(shè)置兩路工作接地時(shí)，單個(gè)牽引變壓器的總工作接地電流幅值為300 A，兩路工作接地電流均呈現(xiàn)周期性變化趨勢(shì)，各軸工作接地電流幅值的變化區(qū)間為90～210 A，兩路工作接地呈現(xiàn)同等的泄流能力。

（2）設(shè)置三路工作接地時(shí)，在工作接地電流的變化周期內(nèi)，各路工作接地電流幅值的變化區(qū)間分別為90～190 A、100～170 A和20～75 A，各路工作接地的泄流能力不同。

（3）工作接地泄流輪對(duì)和吸上線(xiàn)之間的距離變化影響工作接地電流的變化過(guò)程。

[1] 張長(zhǎng)青．高鐵CRH380A（AL）型動(dòng)車(chē)組的接地保護(hù) 可靠性分析[J]．中國(guó)鐵路，2014(1)：46-48．

[2] 張維國(guó)．客車(chē)車(chē)體轉(zhuǎn)向架電氣接地問(wèn)題探討[J]．鐵 道車(chē)輛，2000，38(11)：21-23．

[3] 吳利鋒，郭建良．關(guān)于發(fā)電車(chē)轉(zhuǎn)向架接地系統(tǒng)的改 進(jìn)建議[J]．鐵道車(chē)輛，2009，47(7)：42-43．

[4] 劉瑩，陳維金，李楓，等．高速動(dòng)車(chē)組齒輪箱 接地裝置用碳刷性能對(duì)比試驗(yàn)[J]．機(jī)車(chē)車(chē)輛工藝， 2011(6)：37-38．

[5] 裴春興，李娜，賈楠，等．高速動(dòng)車(chē)組接地技術(shù)分 析和研究[J]．鐵道機(jī)車(chē)與動(dòng)車(chē)，2014(8)：17-21．

[6] 李軍，袁德強(qiáng)．CRH380BL型動(dòng)車(chē)組保護(hù)接地試驗(yàn)研 究[J]．鐵道車(chē)輛，2012，50(11)：31-33．

[7] 劉東來(lái)．高速動(dòng)車(chē)組接地技術(shù)研究[D]．成都：西南 交通大學(xué)，2013．

[8] 李石．動(dòng)車(chē)組保護(hù)接地方案研究[D]．北京：北京交 通大學(xué)，2013．

[9] 高國(guó)強(qiáng)．高速列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)暫態(tài)過(guò)電壓機(jī)理與抑制 方法的研究[D]．成都：西南交通大學(xué)，2011．

Test and Research of Working Grounding Current of High Speed EMU

DENG Xuehui，CHEN Guofeng
（CRRC Changchun Railway Vehicles Co Ltd，Changchun Jilin 130062，China）

The two-way working grounding current and three-way working grounding current which are set at the grounding end of EMU traction transformer are compared and tested based on field test under the premise that the high speed EMU is powered under the speed of 300 km/h, and the variation tendency and reasons of working grounding current are analyzed. In case of two-way working grounding current ,during one cycle of variation, the variation amplitude of both working grounding currents is between 90 A and 210 A, and both present the same discharge capability; In case of three-way working grounding current, the variation amplitudes of three working grounding currents are 90～190 A, 100～170 A and 20～75 A separately with different discharge capabilities. The conclusion will provide references for improving the working grounding way of EMU.

high speed EMU；working grounding；grounding current； field test

U264.3

A

1001-683X（2017）08-0053-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.08.053

鄧學(xué)暉（1980—），男，高級(jí)工程師。

E-mail：59074043@qq.com

責(zé)任編輯 高紅義

2017-03-06