高速动车组接地技术分析和研究x

高速动车组接地技术分析和研究 裴春兴，李 娜，贾 楠，陈登升( 唐山轨道客车有限责任公司 产品与技术研究中心，河北

高速动车组接地技术分析和研究

裴春兴，李 娜，贾 楠，陈登升

( 唐山轨道客车有限责任公司 产品与技术研究中心，河北 唐山 063035)

摘要: 介绍了高速动车组整车接地的必要性及其接地方式，重点对中国现有动车组的工作接

地与保护接地的集中接地、分散接地方式进行了对比，同时对 CＲH3 型动车组接地参数进行了统计 和计算分析，为动车组接地的工程设计提供了依据及解决方案。

关键词: 高速动车组; 工作接地; 保护接地;

仿真

中图分类号:

文献标识码:

文章编号:

2095-5901( 2014) 08-0017-05

U266． 2． 6

B

随着我国经济的飞速发展，高速动车组以其高

速、安全、环保等优点，发展越来越快。据统计，截 止到 2012 年底，全国共有 1300 多列动车组。高速 列车是现代化制造技术高度集成的产物，整车安装 有高压、低压 电 器 上 千 个，铺设电缆几十万根。为 了保障人员安全与列车的稳定运行，高速动车组必 须采用电气接地技术。

根据接地方式与功能特点，接地共分为两 种: 一种为工作接地，即将整车的工作电流导通到轨道 然后回馈到变电站; 另一种为保护接地，即 将 整 车 电器设备感应电流或电气设备的漏电流导通到轨 道。这两种接地方式通常都是由特定的电缆及安 装在转向架轴端的碳刷组成，工作接地电缆同整车 主变压器的原边相连，保护接地电缆与转向架构架 和车体相连。

工作接地: 在 02 车、07 车和 05 车的每台转向

架上均安装有一套回流装置，从车体接出的电缆通 过接线端子和碳刷装置相连，电流通过此装置流入 轨道。

保护接地: 整列车所有转向架均安装有保护通 道，即每台车体转向架的 1 轴和 4 轴的轴端均安装

有保护接地碳刷，通过保护接地电缆与车体相连。

1． 2

CＲH2 型动车组接地方式

CＲH2 型动车组编组为 4 动 4 拖。

工作接地: 每个动车的每根轴上均设置接地装

置，分别安装在动车 01、02、03、04 车的驱动轴齿轮

装置的非车轮一侧，经由接地装置把牵引变压器的 回流电流直接连接到车轴，防止因回流电流流到转

向架轴承而引起轴承损伤。

保护接地: 每个动车每根轴上接地装置同时具 有保护接地作用，连接方式由车体通过 50 m 电阻

与接地碳刷连接，实现车体保护接地。为了保证不

同车之间的电势相等，各车体间用接地线连接。

1

接地方式分析

目前，中 国高速铁路运行的动车组 主 要 分 为

1． 3

CＲH3 型动车组接地方式

CＲH3 型动车组编组为 4 动 4 拖。

工作接地: 工作接地安装位置与保护接地安装

CＲH1、CＲH2、CＲH3 及 CＲH5 共 4 种型号，而这 4 种

型号动车组的接地方式各不相同，下面将分别介绍 它们的接地方式。

位置分开，其 安 装 在 TC02、TC07 车 转 向 架 2 轴 左

侧和 3 轴右 侧，起到工作回流作用。保 护 接 地: 保 护接地装置安装在拖车 04、05 的转向架 1 轴左侧、

2 轴右侧，通过轴端接地保护装置将车体与轨道相

连，起到保护接地作用。

1． 1

CＲH1 型动车组接地方式

CＲH1 型动车组编组为 5 动 3 拖。

收修回稿日期: 2013-11-26

作者简介: 裴春兴 ( 1982—) ，男，河北唐山人，工程师。

1． 4

CＲH5 型动车组接地方式

CＲH5 型 动 车 组 为 8 辆 编 组，03 和 06 车 为 变

18铁道机车与动车2014 年压器车。CＲH5 型动车组的保护接地和工作接地分开安装，但它们安装在转向架的同一轴头。工作接地: 在 03 和 06 车安装工作接地，接 地 线分成两路分别连接到本车的两台转向架，每一台

18

铁道机车与动车

2014 年

压器车。CＲH5 型动车组的保护接地和工作接地分

开安装，但它们安装在转向架的同一轴头。

工作接地: 在 03 和 06 车安装工作接地，接 地 线分成两路分别连接到本车的两台转向架，每一台 转向架又分成两路连接到两根轴的轴端，一路连接 到转向架 1 的 1 轴 2 位轴端，一路连接到转向架 1 的 2 轴 3 位轴端。两台转向架连接方式相同。

01、02、04、07、08 车同样安装有工作接地，接地 线分成两 路 引 出，分 别 连 接到本车的两台转向架 上，每台转向架又分成两路连接到两根轴的轴端， 一路连接到转向架 1 的 1 轴 2 位轴端，一路连接到 转向架 1 的 2 轴 3 位 轴 端。两台转向架连接方式 相同。

保护接地: 所有车体均安装保护接地，由车 体 分别连接到各自车的两台转向架上，同一转向架的 接地线又分成两路，连接到转向架的构架上，在 构 架上通过接地电阻接地以避免产生轨道回流，一路 连接到转向架 1 的 1 轴 2 位轴端，一路连接到转向 架 1 的 2 轴的 3 位 轴 端。两台转向架模式连接方 式相同。

径越短效果越好的原则，将其工作接地安 装 在 02

与 07 车两 台 转 向 架 的 02 与 03 轴 的 轴 端。CＲH3 型动车组工作接地的作用是将接触网经由受电弓 变压器原边的电流回馈到钢轨上，通过钢轨将能量 回流到变电站。工作接地的电流波动较大，几十到 几百安不等。工作接地回流的路径: 变电站→接触 网→受电弓→主断路器 → 高 压 电 缆 → 变 压 器 原 边

→接地电缆→接地 碳 刷 → 钢 轨 → 变 电 站。下 面 将 对工作电流流经的路径设备的参数进行计算与统

计。

图 1 CＲH3 型动车组整车接地示意图

高 压 电 缆 型 号 为 ( N )

TMCWOEU TENAX-

Train-Plus 1 × 240 /25、240 mm2 线 径，额 定 电 压 25

kV。从 02、07 车顶到车下变压器的高压电缆长度 约为 20 m，则其直流阻抗约为 1. 64 mΩ，电容约为

0． 005 2 mF，经过 03、04、05、06 车顶到 07 车下变压 器的高压电缆相等，约为 25 m，则其直流阻抗约为

2. 05 mΩ，电容约为0. 006 5 mF。

变压器的容量为 5 644 kVA，额定电流 226 A， 原边线圈的电阻 1. 69 Ω、电感 2. 3 mH，次边线圈为

4 个，每个线圈的电阻 17 mΩ、电感 3. 2 mH，变压器 的励磁电阻约为 121 kΩ，励磁电感约为 217. 67 H。

工作接地电缆分两套并联安装，每条支路由型

1． 5

4 种类型动车组接地方式对比

表 1

动车组接地方式对比

车型

接地特点

优

点

缺

点

防止工作接地电流流

向 车 体; 每 个 车 的 1 轴、4 轴 都 设 有 保 护 接地，分流路径多

接地电阻限制轨道电 流回 流 上 车 体; 工 作 接地直接回流至轨道

保护接地设置列车中 部，不设接地电阻，接 地方 式 简 单、安 装 方 便; 避免车体之间产 生轨 道 回 流，整 车 电 磁兼容性好

工作接地和保

护接地之间设 有电感

当轨道阻抗较大

时，部 分 轨 道 电 流会流经车体

CＲH1

工作接地和保

护接地之间设 有电阻

接地电阻将抬高

车体与轨道间的 电位

CＲH2

当轨道阻抗较大

时，中 间 车 与 端 车车体之轨道间 产生较大的电势 差

mm2

工作接地和保

护接地之间分 开 设 置，无 连 接

号为 ＲADOX 4 GKW-AX、线 径 为 150

和 95

mm2 的电缆串联组成。其中，150 mm2 的长度约为

12 m，则其直流阻抗约为 1. 584 mΩ，电容0． 002 76 mF; 95 mm2 长 度 约 为 1 m，则其直流阻抗为 0. 21

mΩ，电容0． 000 19 mF。

转向架轴端安装有接地碳刷，重 7 kg，阻 值 不 大于 50 mΩ。

钢轨每 25 m 有一段连接缝，在每段接缝处，两 段钢轨之间采用 95 mm2 裸铜线进行连接。每米钢

轨电阻约为 49 μΩ。标准电缆终端套管和金属板

之间的接触电阻为 6 μΩ，02 与 07 车间距 4 辆车， 间距约为 100 m，则钢轨的阻值为0． 003 06 mΩ。

CＲH3

工作接地和保

护接地之间分 开 设 置，无 连 接

工作接地和保护接地

多、可方便回流至轨 道，降低车体与轨道 电势

当轨道间连接不

当、接地不好时， 部分轨道电流会

流经车体

CＲH5

2

CＲH3 型动车组接地计算

2． 1 工作接地原理及参数

CＲH3 型动车组为 4 动 4 拖模式，如图 1 所示。

02 与 07 车为主变压器车，根据工作接地回流线路

保护接地原理及参数

2． 2

第 8 期( 总第 486 期)裴春兴 等:

第 8 期( 总第 486 期)

裴春兴 等: 高速动车组接地技术分析和研究

19

2 根 120 mm2 线径的电缆与车体相连。充 电 机 不

锈钢车 体 通 过 2 根 95 mm2 线径的电缆与 车 体 相 连。蓄电池通过 2 根 95 mm2 线径的电缆与车体相 连。

整列车由 8 个车体串联而成，如图 2 所 示，其 中车与车之间通过半永久车钩进行连接。车 体 与 车钩的原理图如图 3 所示。

动车转向架绝缘点共有 36 个 ( 除 电 机 绝 缘 轴

承) ，其中齿轮箱 C 型支架处叠层橡胶绝缘点 4 个、 制动夹钳处绝缘橡胶节点为 12 个、转 臂 绝 缘 点 4 个、一系减振节 点 组 合 ( 两个绝缘节点串联) 4 个、 一系叠层弹簧节点组合( 两个绝缘节点串联) 4 个， 每个绝缘点电阻不小于1 000 Ω，每台转向架通过 2

根 50 mm2 线径的电缆与车体相连。

拖车转向架绝缘点共有 32 个，其中制 动 夹 钳 处绝缘橡胶节点为 12 个、转臂绝缘点 4 个、一系减 振节点组合( 两个绝缘节点串联) 4 个、一系叠层弹 簧节点组合( 两个绝缘节点串联) 4 个，每个绝缘点 电阻不小于1 000 Ω，每台转向架通过 2 根 50 mm2 线径的电缆与车体相连。

CＲH3 型动车组为 8 辆 编 组，整列车阻抗值不 低于 25 Ω，则每个车对地阻抗大于 200 Ω; 单台转 向架对地的阻抗大于 400 Ω，单个转臂绝缘点阻抗 大于11 200 Ω。

对于动车组，所有人可能触及到的导电设 备，

如转向架、牵引 电 机、牵 引 设 备、辅 助 设 备 等，在 故 障情况下可能带有危害电压，必须通过保护性屏蔽

接地以较低阻值电路连接到车体上。CＲH3 型动车 组保护 接 地 安 装 在 04 与 05 车，根 据 EN50153，保

护接地至少设有两路。

CＲH3 型动车组车体材质为铝合金，每 个 车 体 的阻值约 1 mΩ。

电机 型 号 为 YJ105A，驱动端轴承为深槽球形 轴承，按照 DIN 625-6016M 电 绝 缘 设 计，非 驱 动 端

轴承为深槽球形轴承，按照 DIN 43283-NU210 电绝 缘设计。轴承绝缘层厚度 0. 2 mm，击穿电压 等 级

为2 700 ～ 3 600 V，阻 值 大 于1 000 Ω，每 个 电 机 通 过 50 mm2 电缆与转向架构架相连。

两端头车安装有自动车钩，自动车钩上安装有

两根 95 mm2 电缆连接。为保障两重联动车组之间 的阻值，串 联 有 阻 值 为 94 mΩ 电 阻。车 钩 的 阻 值 不小于 1 Ω。

牵引变流器为不锈钢箱体，在其四角位置分别 安装了 35 mm2 的短圆线或者横截面积大于 40 mm

× 6. 5 mm 的扁铜线，接地端子的表面采用不锈钢 或进行镀锡处理。

变压器箱体为不锈钢，通过 2 根 120 mm2 线径 的电缆与车体相连。辅助变流器不锈钢箱体通过

图 2 整车接地原理图

1—接触网等效模型; 2—主断路器等效模型; 3—避雷器等效 模 型; 4—车间高压电缆等效模型;

5—自动车钩等效模型; 6—半

永久车钩等效模型; 7—车体等效模 型; 8—转 向 架 等 效 模 型; 9—变压器等效模型; 10—工作接地等效模型; 11—钢 轨 等 效 模

型; 12—接地。

20铁道机车与动车2014 年通过图 6—图 7 可以看出，01 车与 02 车的稳态电压波形 均为正 弦 波，且 频 率 为 50 Hz，

20

铁道机车与动车

2014 年

通过图 6—图 7 可以看出，

01 车与 02 车的稳态电压波形 均为正 弦 波，且 频 率 为 50 Hz， 可以看 出 此 波 形 同 电 源 相 同， 来源于漏电流或者整车的感应 电流，01 车电压幅值约 40 V，02 车电压幅值约 60 V，与上 一 章 计算的数值 41. 03 V 接近。

通过图 8 可以看出，02 车 轴端电压与电流波形趋势完全 一致。

图 3 车体及车钩原理

2． 3

计算结果

根据上述统计的参数和拓扑图对整车的接地

进行计算，施加的电源为 AC 25 kV、50 Hz，分别考

虑正常运行和过分相时电压与电流情况，计算结果 如表 2 所列，考虑到列车配置的对称性，仅 列 举 了

01 到 04 车的计算数值。

表 2

CＲH3 型动车组接地电压与电流计算表

列车过

分相时

列车正常运行时

序

号

计算变量

峰值

有效值

有效值

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

04 车车体电压 / V

04 车车体电流 / A

04 车保护接地装置电压 / V

04 车保护接地装置电流 / A

03 车车体电压 / V

03 车车体电流 / A

02 车变压器原边电压 / V

02 车变压器原边电流 / A

02 车车体电压 / V

02 车车体电流 / A

02 车工作接地装置电压 / V

02 车工作接地装置电流 / A

01 车车体电压 / V

01 车车体电流 / A

1． 57

410． 34

1． 57

6． 17

1． 57

273． 34

35 298． 0

336． 6

1． 57

82． 52

2． 83

172． 02

1． 57

45． 52

1． 09

285． 7

1． 09

4． 44

1． 09

190． 37

24 967． 0

234． 31

1． 09

127． 01

1． 97

119． 75

1． 09

31． 73

41． 03

10． 74

40． 98

3 695． 6

41． 03

7． 16

图 4 01 车轴端 / 车体间暂态电压

41． 03

4． 77

41． 03

1． 19

3

试验结果

2011 年 11 月 25—26 日，在京沪高铁北京南—

02 车轴端 / 车体间暂态电压 ( Umax = 500 V)

图 5

虹桥间进 行 了 CＲH380BL 动车组接地试验，对 01

与 02 车转向架与车体电压和电流进行了测量，具 体结果如图 4—图 8 所示。

通过图 4—图 5 可以看出，01 车的暂态电压值 基本上维持在 50 V 以 下，其中试验过程中出现的

最大数值为 501 V; 02 车的数值基本维持在 30 V 以下，出现的最大数值为 500 V，出现最大数值的地 方均在相同区段，因此最大数值不具有代表性。

4

结语

动车组接地系统庞大，器件较多，参数之间 互

为耦合，且数值计算多为非线性变换，很 难 建 立 准

确的数学模型进行计算，都是建立在理想模型和原 理上，计算结果与真实数据存在一定的差距。但根 据试验的对比，计算结果在一定程度上能够反映出

第 8 期( 总第 486 期)裴春兴 等: 高速动车组接地技术分析和研究21图 6 01 车轴端 / 车体间稳态电压波形图 7 02 车轴端 / 车体间稳态电压波形工作接地与保护接地阻抗、电压、电流的变化规律，对今后动车组接地技术 的 工 程 设 计有一定的指导意义。参考文献

第 8 期( 总第 486 期)

裴春兴 等: 高速动车组接地技术分析和研究

21

图 6 01 车轴端 / 车体间稳态电压波形

图 7 02 车轴端 / 车体间稳态电压波形

工作接地与保护接地阻抗、电压、电流的变

化规律，对今后动车组接地技术 的 工 程 设 计有一定的指导意义。

参考文献:

［1］

刘东来，肖 石，吴 广 宁，等． 高速动车组车体接地

方案研究［J］． 研究与探讨，2012，( 9) ．

张 伟 国． 客 车 转 向 架 接 地 技 术［J］． 铁 道 车 辆，

2004，( 3) : 9—14．

唐山轨道客车有限责任公司． 接地试验报告［Z］．

2011．

唐山 轨道客车有限责任公司． CＲH3 型 动 车 组 用 户文件［Z］． 2008．

［2］

［3］

［4］

图 8 02 车工作接地电流与轴端 / 车体间稳态电压

檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷

【上接第 6 页】

表 4 中间车一位端抬车试验结果

5

结语

本文以 CＲH3 型动车组为研究对象，根据顶镐

1． 1m1

测点

类型

屈服极限

σΔ

合成应力

安全系数

E188

E197

E185

E198

焊

焊 焊 非焊

115

115

115

215

－ 26

36． 6

－ 36． 5

－ 38． 3

－ 25． 5

23． 2

－ 23． 6

－ 38． 5

－ 51． 5

59． 8

－ 60． 1

－ 76． 8

2． 2

1． 9

1． 9

2． 8

位的设计位置，进行了多工况有限元分析和实验验

证。方案和分析结果为高速列车顶镐位设计和评 估提供了参考，并对新造及检修时架车操作提供了

指导性建议。

参考文献:

E196 非焊

215 53 36 ． 6 89 ． 6 2 ． 4

表 5 中间车三点支撑试验结果

［1］

EN12663-1—2010， 铁 路 应 用———轨 道 车 辆 车 体 结 构 要

求———第一部分: 机车和客车［S］．

于永兴． 武汉动车段三级修架车方案研 究［J］． 铁 道 勘 察，

2010，36( 2) : 119—122．

李莹，栗木功，成桂富． CＲH3 型动车组总装车体均衡 4 点 称 重研究［J］． 机车车辆工艺，2011，( 6) : 33—34．

吴 仁 恩． 基 于 ANSYS 的铝合金车体 结构有限元分析研究

［D］． 北京交通大学，2008．

康志涛，张弘． 装 用 CW-200 型 转 向 架 的 25K 型 客 车 加 装 架

车提吊装置方案［J］． 铁道车辆，2010，48 ( 4) : 23—25．

王 爱 彬． 高速动车组拖车车体结构强度 分 析 及 优 化 设 计

［D］． 北京交通大学，2010．

闫锋． CＲH3 型动 车 组 国 产 化 TC02 车 车 体 静 强 度 试 验 报 告

［D］． 2008．

1． 1m1

测点

类型

屈服极限

σΔ

合成应力

安全系数

E188

E197

E185

E198

E196

焊

焊 焊 非焊 非焊

115

115

115

215

215

－ 26

36． 6

－ 36． 5

－ 38． 3

53

－ 46． 1

26． 3

－ 24． 7

－ 66． 1

46． 6

－ 72． 1

62． 9

－ 61． 2

－ 104

99． 6

1． 6

1． 8

1． 9

2． 1

2． 2

［2］

［3］

［4］

［5］

试验结果表明，在本文提出的顶镐位设计方案

下，整车静强度试验中全 部测点最小安全系数为

1． 6，满足 EN12663-1—2010 标准要求。

［6］

［7］

ABSTＲACTSＲesearch of CＲH3 high-speed E

ABSTＲACTS

Ｒesearch of CＲH3 high-speed EMU roof

line disconnector control

ZHANG Peng， MU Jun-bin， XUE Jin-bo

( Products and technology research center of Tang- shan Ｒailway Vehicle Co． ， Ltd． ， Tangshan

063035， China)

are calculated and the design scheme and overall archi-

tecture of EMU traction drive system are put forward．

Key words: traction drive; EMU; power calcula-

tion;

overall architecture

Analysis and research of high-speed EMU

grounding technology

PEI Chun-xing， LI Na， JIA Nan， CHEN Deng-sheng ( Products and technology research center of Tang- shan Ｒailway Vehicle Co． ， Ltd． ， Tangshan

063035， China)

Abstract: The paper introduces the necessity and methods of high-speed EMU vehicles grounding， focusing on comparison of the existing working grounding with pro- tective grounding including centralized and decentralized mode， and the statistical analysis and calculation of CＲH3 EMU grounding parameter are carried out， which provides basis and solutions for ground engineering de-

sign．

Abstract:

EMU roof line mode．

This paper introduces CＲH3 high-speed

disconnector control theory and control

Key words:

CＲH3

high-speed EMU; roof line

disconnector; control; traction unit

Data correction issues of combustion analysis test

LI Ying-ying

( Dalian Locomotive ＆ Ｒolling Stock Co． ， Ltd． ， Dalian 116022， China)

Abstract: In the actual combustion analysis test， the combustion analyzer is added a pulse signal to deter- mine the upper dead center by pasting a protective iron sheet on the engine timing， by which crank angles of the actual cylinder curve are corrected and the test results are

more accurate．

Key words:

high-speed EMU; working ground-

ing;

protective grounding; simulation

Key words:

combustion analysis; cylinder pres-

Development of double-cab HXN5 AC

diesel locomotive

XIE Jing-guang， ZHANG Jian-qin， HUANG Gui

( CSＲ Qishuyan Locomotive Co． ， Ltd． ， Changzhou

213011， China)

sure curve; upper dead center; data correction

Design research of power-centralized

EMU traction drive system

SUN Shao-jing， YUAN Feng-biao， WANG Shu-ling， LI Li， CHEN Le-heng

( Ｒ＆D center of Tangshan Ｒailway Vehicle Co． ，

Ltd． ， Tangshan 063035， China)

Abstract:

Aiming at problems such as excessive

inconvenience and flange wear too fast occurred in 6000

hp HXN5 locomotive due to the single cab and pedestal bogie， a double-cab kinetic performance optimization re- search was carried out． This paper introduces the main contents and achievements of the development work．

Key words: HXN5 locomotive; double-cab; tech-

Ⅲ

Abstract:

In this paper， power-centralized EMU

traction drive system composition and structure are ana-

lyzed， levels of power and traction equipment capacity

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