适用于轨道交通牵引系统的接地检测回路简统化设计方法与流程

本发明涉及轨道交通牵引系统的接地检测领域，具体为一种适用于轨道交通牵引系统的接地检测回路简统化设计方法。

背景技术：

1、随着轨道交通技术的高速更迭，牵引系统正朝着小型化、轻量化、模块化、高可靠性的方向发展。为了更好满足铁路运输需求，保障系统安全、可靠运用，需在不同电压等级回路内设置接地故障检测环节，给高频干扰电压形成低电阻通路，以防止其对电子设备的干扰；并且当发生接地故障时可准确、迅速地对各电路环节的接地故障进行判断和处理，保证各设备支路的正常工作，保护司乘人员和设备的安全。

2、目前轨道交通车辆牵引系统接地检测回路设计不尽相同，可以通过电压法实现，也可以通过电流法实现。干线动车、机车、内燃车的不同电压等级、电流等级系统，系统主电路形式繁多，牵引系统轴功率及辅助系统容量功率等级不等，接地检测回路设计不同，整体分为如下两类：（1）电压法接地检测电路：如图1所示的电压法接地方式又可分为1/2浮点接地（正端和负端）、1/3浮点接地；具体由跨接在中间回路的两个或三个串联电阻、一个滤波电容及一个电压传感器组成，其中1/2浮点接地回路接地电阻r1和r2串联，接地电压传感器和滤波电容并联在电阻r1和r2位置，连接部位与地相连，如图（a）和图（b）；1/3浮点接地回路接地电阻r1、r2和r3串联，接地电压传感器和滤波电容并联在电阻r3位置，连接部位与地相连，如图（c）。其中，ug为接地检测电压、udc为直流母线电压、r1、r2、r3为接地电阻。（2）电流法接地检测电路：如图2所示的电流法接地方式又分为单端接地的电流法和串联电容中点接地的电流法；具体由跨接在中间回路的一个接地电阻和一个电流传感器组成，其中单端接地的电流法其实是在中间回路母线负端与地之间串接电流传感器，如图（a）；串联电容中点接地的电流法，具体由跨接在中间回路的两个串联电容c1和c2、一个电阻r及一个电流传感器组成，接地电容c1和c2的连接部位与地相连，如图（b）。上述接地检测电路存在如下缺陷：电流法的接地检测回路相较电压法存在无法准确定位故障点、不利于牵引系统绝缘设计的缺陷；形式不同、标准不一的接地检测电路，造成系统主电路拓扑种类繁多，不利于变流器简统化设计；接地检测电路设计方法不统一，模块化设计程度差，备品种类多且无法统型互换，经济性差；过多种类的接地检测电路造成功能共享单元不能快速复制和开发，通用性差。

3、因此需要为轨道交通车辆牵引系统的接地检测进行一种新的通用的电路设计，以满足干线动车、机车、内燃车的不同电压等级、电流等级接地检测回路的需求。

技术实现思路

1、本发明为了解决干线动车、机车、内燃车的不同电压等级、电流等级接地检测回路形式不同、标准不一，不能实现简统化的问题，提供了一种适用于轨道交通牵引系统的接地检测回路简统化设计方法。

2、本发明是通过如下技术方案来实现的：一种适用于轨道交通牵引系统的接地检测回路简统化设计方法，包括简统化接地检测电路、简统化接地检测电路元件选择方法、简统化接地检测电路元件参数设计。所述简统化接地检测电路包括：两个接地电阻gre、1个接地电容gc和1个电压传感器pt组成的1/2浮点电压检测电路，两个接地电阻gre分别为接地电阻gre1与接地电阻gre2，接地电阻gre1与接地电阻gre2为等值电阻；电路连接关系为：接地电阻gre1和接地电阻gre2串联，所组成的串联电路两端分别连接正直流母线和负直流母线，接地电阻gre1和接地电阻gre2的连接部位与地相连；接地电容gc并接于接地电阻gre2两端，电压传感器pt并接于接地电容gc两端，检测电路检测母线半电压，并与直流母线电压进行比较，从而对牵引系统各电路环节的接地故障进行判断；

3、简统化接地检测电路元件选择方法，包括接地电阻gre设计方法与接地电容gc设计方法：以1/2浮点电压检测的电路拓扑为基础进行接地电阻gre选型计算时，确定方法如下：

4、1）接地电阻gre的设计即选型，需满足如下条件：

5、①接地电阻gre的选择方法为：用于检测变流器主电路中出现的接地故障，实现接地保护功能，确保人体或设备安全；

6、②接地电阻gre不具备显著的放电功能，即流经接地电阻gre的电流远小于流经慢放电阻的电流，接地电阻gre远大于慢放电阻值；

7、③在满足接地检测功能的前提下，接地电阻gre的系统损耗尽可能小，即接地电阻值尽可能大；

8、④接地电阻gre在变流器无接地故障运行时，能长期承受功率而不损坏；在变流器发生接地故障时，接地电阻gre应能带故障运行，长期承受大电压及异常功率而不发生损坏；

9、2）接地电容gc的设计即选型，需满足如下条件：

10、①接地电阻gre2与接地电容gc一起组成rc回路，滤除接地电压纹波、抑制共模电压，抑制因杂散电容存在形成的对地电压尖峰，降低谐波电压对牵引和辅助绝缘性能的影响，提高接地检测的准确性；

11、②接地电容gc选取考虑发生单点接地时，接地电容gc对igbt直接放电时的短时冲击应在igbt承受范围之内；

12、③接地电容gc的容值选择远大于igbt开关类对地杂散电容的容值，保证接地电容gc两端电压为1/2中间电压；

13、④接地电容gc能滤除对地电压尖峰，减小接地电压纹波电压，具体根据，其中f<30hz的关系式设计。

14、本发明中设计的适用于轨道交通牵引系统的接地检测回路，其中的简统化接地检测电路元件参数设计是面向电力机车、电动车组领域中直流母线电压为dc1800v、dc3600v的牵引系统简统化接地检测电路参数，包括接地电阻gre阻值参数、接地电阻gre功率参数、接地电容gc容值参数、接地电容gc额定电压、接地电容gc额定电流、电压传感器pt电压等级。

15、与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种适用于轨道交通牵引系统的接地检测回路简统化设计方法：①通过对干线大批量动车、机车、内燃车系统主电路形式及运行数据进行统计分析，设计简统化的1/2接地检测回路，满足不同电压、电流等级牵引系统应用，降低了系统开发成本，提高了系统可靠性；②形成接地检测回路电气和结构功能模块，通过功能模块共享，进行快速复制、开发，提高了系统方案设计响应速度；③便于固化不同电压、电流等级牵引系统主电路拓扑形式，利于变流器小型化、轻量化设计；④实现易损易耗件和通用件的互换，解决库存易积压问题，降低维修维护成本；⑤实现部件的优选，形成货架产品，降低设计成本；提高系统部件通用互换性、简统化、标准化设计技术要求，提高部件可靠性，提升系统整体可靠性。

技术特征：

1.一种适用于轨道交通牵引系统的接地检测回路简统化设计方法，其特征在于：包括简统化接地检测电路、简统化接地检测电路元件选择方法、简统化接地检测电路元件参数设计；

2.根据权利要求1所述的一种适用于轨道交通牵引系统的接地检测回路简统化设计方法，其特征在于：所述简统化接地检测电路元件参数设计是面向电力机车、电动车组领域中直流母线电压为dc1800v、dc3600v的牵引系统简统化接地检测电路参数，包括接地电阻gre阻值参数、接地电阻gre功率参数、接地电容gc容值参数、接地电容gc额定电压、接地电容gc额定电流、电压传感器pt电压等级。

3.根据权利要求2所述的一种适用于轨道交通牵引系统的接地检测回路简统化设计方法，其特征在于：在机车牵引系统中，当直流母线电压为dc1800v时，接地电阻gre阻值为100kω，功率为300w；接地电容gc容值为0.1μf，额定电压4000v，额定电流为30a；电压传感器pt的电压等级为2000v。

4.根据权利要求2所述的一种适用于轨道交通牵引系统的接地检测回路简统化设计方法，其特征在于：在机车牵引系统中，当直流母线电压为dc3600v时，接地电阻gre阻值为100kω，功率为600w；接地电容gc容值为0.1μf，额定电压4000v，额定电流为30a；电压传感器pt的电压等级为4000v。

5.根据权利要求2所述的一种适用于轨道交通牵引系统的接地检测回路简统化设计方法，其特征在于：在动车牵引系统中，当直流母线电压为dc1800v时，接地电阻gre阻值为100kω，功率为300w；接地电容gc容值为0.22μf，额定电压4000v，额定电流为20a；电压传感器pt的电压等级为2000v。

6.根据权利要求2所述的一种适用于轨道交通牵引系统的接地检测回路简统化设计方法，其特征在于：在动车牵引系统中，当直流母线电压为dc3600v时，接地电阻gre阻值为100kω，功率为600w；接地电容gc容值为0.22μf，额定电压4000v，额定电流为20a；电压传感器pt的电压等级为4000v。

技术总结
本发明公开了一种适用于轨道交通牵引系统的接地检测回路简统化设计方法，涉及轨道交通牵引系统的接地检测领域。包括简统化接地检测电路及其元件选择方法与路元件参数设计。接地检测电路包括两个等值的接地电阻GRe、1个接地电容GC和1个电压传感器PT组成的1/2浮点电压检测电路。两个接地电阻GRe串联，所组成的串联电路两端分别连接正直流母线和负直流母线，接地电阻GRe1和接地电阻GRe2的连接部位与地相连；接地电容GC并接于接地电阻GRe2两端，电压传感器PT并接于接地电容GC两端，检测电路检测母线半电压，并与直流母线电压进行比较，对牵引系统各电路环节的接地故障进行判断。本发明可满足不同电压、电流等级牵引系统应用，降低系统开发成本，提高系统可靠性。

技术研发人员：杨璐,张明涛,柴媛,张丹,王喜乐
受保护的技术使用者：中车永济电机有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13