张金龙
中车长春轨道客车股份有限公司 吉林 长春 130000
摘要：在高速动车组调试及运行过程中发生接地故障，影响了动车组的正常运营，本文分析动车组接地故障的原因，介绍了现场典型的接地故障处理方法。
关键词：高速动车组；接地故障
1高速动车接地故障原理分析
为了实现高速动车的正常运行，列车设置了两种接地1：
一是保护性接地，用于保护列车上的各种敏感设备，使各设备对地具有一个共同的零电势。对保护性接地来说，所有导电的可触及到的车辆零部件，如转向架、牵引电机、牵引设备箱、辅助供电模块箱等，它们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以较低的电阻连接到车体上。根据EN 50153，在车体与固定式的保护性导体（轨道）之间，必须存在至少两条保护性屏蔽接地路径作为车辆保护性屏蔽接地。这两条路径的布置和定尺必须保证一条路径故障时，不会产生触电危险。
二是运行接地。运行接地用来把网络电流反馈到轨道上，轨道的作用是充当电流回归变电站的导体。运行接地的好坏直接关系到列车正常运行。运行接地不良可能导致变压器火花等的发生，使列车的高压设备损坏。
严格意义上来说，运行接地和保护接地在设计阶段就已经进行了很好的评估，在调试阶段需要进行高低阻抗试验以评估车辆与轨道绝缘与接地的好坏。
整列动车组电气上可当作一个等电位体。通过两个同电位的屏蔽接地导体把各个车辆相互连接。当一同电位的屏蔽接地导体故障时，另一同电位的屏蔽接地导体的横断面仍能传递预定的故障电流（连接线与车体间的短路电流）。整列动车组的车体作为一个接地单元通过位于车辆（BC 04; FC 05）中心的两台转向架通过四个车轮接地触头实现接地保护。这些车轮接地触头中的两个位于一台转向架的不同的轮对上。若一台转向架的保护性接地失效，另一个转向架接替起保护作用。所有车轮接地触头通过车轴和车轮连接到钢轨上。重联时，通过用保护电阻将端车钩连接到车体上的方法将两列动车连接成一个电气单元。为安装在变压器车（TC 02、TC 07）的两个不同转向架的回流排以及接地碳刷。通回流首先在汇流排上收集，然后被分配在轮对的运行接地触点上。为了实现均流，与车轮接地触点的连接应尽量具有相同的长度。如果不能做到，长度的不同必须通过选择合适的连接电缆横断面补偿，使得到两个车轮接地触点的连接电阻实质上相等。
2 接地故障原因与案例分析
2.1 高压交流接地故障案例与原因分析
高压交流接地故障的典型代码有：
6326：CCU1：差动电流监控：硬件保护触发；
6327：CCU1：差动电流监控：软件保护触发；
632C：CCU1:车顶线差动电流保护触发
633A：CCU2：差动电流监控：硬件保护触发；
633B：CCU2：差动电流监控：软件保护触发；
6340：CCU2:车顶线差动电流保护触发。
典型案例：高压交流差动电流保护故障分析
故障现象：在库外动车时7车受电弓升起，运行一段距离后，7车车顶隔离开关锁闭，主断断开，列故障代码632C(车顶线差动电流保护触发)和63CE(10-Q20车顶隔离开关锁闭无法重启)，切除6车、8车牵引，主断可以闭合。
2.2 交流440VAC接地故障案例与原因分析
交流440V接地典型故障代码有：
0507、0607、0707：三相接地故障被检测到；
053C、063C、073C：三相接地故障被检测到（ACU内部）；
64A3：辨识到3AC440V接地故障；
64A4：3AC440V段2汇流排短路；
64A5：3AC440V段3汇流排短路；
其他的接地故障代码主要为空调系统内部的接地故障：7117、7118、711B、7135、713B、714B、714C、714D、714E、714F、7150、715A、715B、715C、715D、7164、7170、7171、7187、718B、719A、719B、719C、719D、71A1、71B9、71BA
典型案例：CRH3051-ACU接地故障值100%分析
故障现象，进行EVB试验，试验过程中发现TC02车ACU1不启动，在CCU里面读出ACU1传输过来的接地故障值为100%，而ACU2和ACU3的接地故障值为0%。使用SIBMON软件联结至ACU1的RS232串口，发现在ACU1里面报：接地故障检测故障。
2.3 直流110V接地故障案例与原因分析
直流110V接地典型故障代码如下：
0806：负极接地（T22）检测；
0807：正极接地（T22）检测。
上述故障代码主要由电池充电机（BC）检测并报告。如果接地值大于75%或小于25%则视为有接地故障，将会导致CCU进行负载管理切除部分用电设备以保护设备的安全。
典型案例：直流接地值81%故障分析
故障现象：动车组在做电源模块试验在CCU观测接地值时检查直流接地值时，数值是81％，超出正常接地值范围（直流接地故障值应 >25% 且 <70%，）说明列车存在直流接地故障。
故障查找过程：列车存在直流接地后首先要确定故障车辆，缩小查找范围，然后在故障车辆上确定是蓄电池哪路供电（BN1、BN2、BD）存在问题，最后确定是哪个功能组的线路接线（或设备）存在接地故障。
3 接地故障通用技术方案与优化措施
高速动车组的直流110V接地检测和交流440V接地检测单元都能起到保护设备和车辆的作用，对于高压交流接地的检测方案通过比较变压器电流和接地电流的值来实现，当变压器或其他高压设备接地时，变压器电流和接地电流将不相等，当差值大于20A时，CCU启动软件保护锁闭牵引单元；当差值大于106A时，CCU启动硬件直接保护以更快的锁闭高压牵引单元，总的来说，接地保护都起到了好的效果。当发生直流接地故障时，CCU将行使负载管理功能，严重的情况是按顺序切除负载。在正线运行时，曾经出现过牵引变流器报中间直流环节接地但是静态测试高压直流环节并没有接地的情况，为此提出了改变保护阈值的解决方案。
3.1 牵引变流器中间直流环节接地保护解决方案
列车正常运行时，由于直流环节电压等级相对较高，当外界环境湿度较高时，DC-LINK的负极接地值恶化，此时相当于在地与DC-N极之间串联以等效电阻，接地检测值将减少，当<5%时高压系统发生接地保护，使高压系统锁闭。但是当车辆静态停车时，接地故障消失，接地值恢复至正常范围以内。为了避免类似的故障，而不影响正常的行车，经过运行试验将接地下限值改为5%也是合理的。对牵引变流器中间直流环节接地保护方案优化之后，使得类似的问题大大降低保证了列车的正点率。
3.2 接地故障通用技术解决方案
交流或直流接地故障的通用技术方案解决方案如下表9所示：
表1交流或直流接地故障通用技术方案
从接地故障出现的频次来看，动态的接地故障要比静态的接地故障发生次数多，导致此现象的原因是动态故障需要给出指令，当指令不给出时没有接地故障。因此动态接地故障常在单车试验未查出而出现在列车高压给上时。到了列车调试阶段由于试验在整列车上进行，因而导致接地故障查找相对复杂。因此根据动态接地故障在某段时间发生的统计性，有必要对发生接地故障的设备进行统计，使得在下次接地故障查找过程中能够快速被查出。从表9可以看出，查找故障的最优方法为“折中法”。折中法每次排除故障的点能够达到一半，极大地提高了故障查找的效率。
结论
本文首先分析了分析动车组整体接地方案的基本原理，对列车上设备的接地故障检测的原理进行了理论推导和分析。基于此分析了接地故障影响的单车、列条试验，并进行了简要的初步分析；同时从多方面考虑影响接地的因素，找出出现接地故障的原因，并提出了迅速查找故障的解决方法；当出现故障时的临时解决措施，及后续入库后的故障解决办法；针对牵引变流器的直流环节接地故障进而影响列车正常运行，提出优化方案，针对实现列车良好接地的目标，提出了针对转向架、电机、轴承以及接地带选择的优化要求。
参考文献：
[1] 设计概念A6Z00000077935车辆接地
[2] 单车试验文件《高阻抗》
[3] 列车试验文件《接地电阻测量》
[4] 列车试验文件《电源区域保护》
（上接第386页）
表二
从表二中可以看出随着仰角的增大，两种方法的较差也随之增大，并且仰角越大较差增大的趋势会翻倍。还可以看出上拱度越大两种计算方法的较差也会越大。较差与仰角和上拱度大小成正比。
四、结论
测量与水平面有一定夹角的设备自身变形量上拱度时，一定要注意设备与地面夹角的大小。当采用近似计算法或者平均分配法时，尽量不要用在与地面有10°以上夹角的设备上。建议测量与地面有夹角的设备上拱度应采用精确算法。
论文作者:张金龙
论文发表刊物:《防护工程》2019年13期
论文发表时间:2019/11/13
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