一种适用于电气轨道交通的自适应可调电阻接地系统

本发明属于轨道交通接地技术领域，具体涉及一种适用于电气轨道交通的自适应可调电阻接地系统。

背景技术：

高速列车的接地系统主要分为工作接地和保护接地。工作接地为将牵引变压器的一次侧电流输出端通过接地碳刷与轮轴相接，为动车组的工作电流提供了一个接地点，使工作电流通过钢轨流回牵引变电所，形成闭合的电流回路。列车上所有可导电、可接触到的零部件在故障状态下可能带有较高的电位，如果不进行接地处理，此电压很可能对人身造成安全威胁。因此用屏蔽接地用低电阻接到车体上，再将车体接左右钢轨，使所有导电设备外壳都近似零电位，称为保护接地。

一些高速列车接地系统中，为了抑制车轨环流，减少通过钢轨流入车体的电流分量，在车体和接地碳刷之间加入一个隔离电阻，以增大车体电阻，使电流通过隔离电阻进入车体的分量较少。但是当发生雷击跳闸、过电压冲击时，避雷器或接地开关闭合，瞬态冲击电流会加载在接地电阻上，造成车体电压瞬间提升，车体是弱电信号的公共参考，该冲击电压造成的反击有可能损坏车载设备。同时，当避雷器导通时，接地电阻与主回路的变压器是并联关系，高压雷电波仍然会加载在车载变压器的两端，通过变压器耦合到二次侧，造成变压器二次侧连接设备的损坏。

由于接地电阻器的阻值越高，对车体回流的抑制效果就越好，但接地电阻器的阻值并不是越高越好，过电压的泄流方式以及车体电压也与接地电阻器的阻值有很大关系。所以，考虑两方面内容，接地电阻器的阻值需要合适地选择。

因此，需要设计一种新的列车运行中对轮对电流的控制装置，同时采用安全接地和工作接地独立为两套系统，分别独立连接与两侧钢轨。并且考虑到列车过吸上线时每个轮对的电流大小，对电流进行监测并控制。

技术实现要素：

针对列车运行过程中对轮对上电流的大小控制存在的问题，本发明提供了一种适用于电气轨道交通的自适应可调电阻接地系统。

本发明的一种适用于电气轨道交通的自适应可调电阻接地系统，高速列车通过受电弓从接触网上获得驱动列车运行的高压交流电，电流依次通过电压互感器一、电流互感器一、真空断路器，流入牵引变压器的一次侧，为驱动列车的牵引传动设备整流器、逆变器、牵引电机提供电能；工作电流从牵引变压器流出经过位于接地碳刷、转向架之间的可调电阻装置和接地碳刷流入钢轨一，保护电流经过位于接地碳刷、转向架之间的可调电阻装置和接地碳刷流入钢轨二。

可调电阻装置具体为：电流互感器二与电压互感器二并联；电流互感器二依次与电流表、轮对电流比较装置、最大电流比较装置和可变电阻串联后接地；电压互感器二与电压表、电压比较装置串联后经过开关k接地。

进一步的，可变电阻调整后增加反馈装置，将控制结果传输到轮对电流比较装置。

进一步的，可调电阻装置设置在每节车厢，对保护电流和工作电流进行单独控制；工作接地电流或保护接地电流经过轮对电流比较装置时，读取每个轮对的电流值i1、i2、i3、i4并且进行对比，选择最大的电流作为参考量imax，在最大电流比较装置中进行比较，规定电流输入值五个档位in1、in2、in3、in4、in5，根据参考量imax与电流档位值的比较，改变可变电阻器的阻值。

进一步的，司机室实时监测每个轮对的接地电流信息，手动控制系统状态。

本发明的有益技术效果为：

1、在传统串电阻接地的基础上引入可调电阻装置，在列车运行中可以对每个轮对上的电流实时监测并进行控制，同时会对所有轮对进行电阻值的自动选取，以此将通过轮对的接地电流控制在很小的范围内，很大程度降低了每节车厢整体轮对的电流，减少了接地电流对列车低压设备的影响，并达到了自适应的要求。

2、本发明对列车运行过程中产生的过电压进行了有效地抑制。运行中发生过电压时通过改变可调电阻的阻值有效地抑制过电压，对升弓降弓过程、短路或过分相等多种情况中出现的过电压，由电压比较装置控制开关的闭合控制过电压的泄放。

3、每节车厢都安装有一套自适应可调电阻装置，每节车厢各个轮对上的接地电流信息都可以由轮对电流比较装置读取并进行比较，再由最大电流比较装置进行控制，该方法实现了单独车厢单独控制。同时实现了多个保护点电流信息汇总，有利于列车运行过程中对轮对接地电流的实时监测，避免了自适应可调电阻系统误动作，提高系统的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为列车主结构电路。

图2为可调电阻装置具体位置分布图。

图3为本发明可调电阻装置结构示意图。

图4为列车过吸上线示意图。

附图标号释义：

1—接触网，2—一号车厢，3—二号车厢，4—三号车厢，5—四号车厢，6—受电弓，7—电压互感器一，8—避雷器，9—电流互感器一，10—高压隔离开关，11—高压断路器，12—牵引变压器，13—牵引整流器，14—牵引逆变器，15—钢轨一，16—钢轨二，17—可调电阻装置，18—接地碳刷，19—转向架，20—绝缘轴承箱，21—电压互感器二，22—电压表，23—电压比较装置，24—电流表，25—轮对电流比较装置，26—最大电流比较装置，27—可变电阻器，28-1、28-2、28-3、28-4—轮对，29—电流互感器二。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细说明。

本发明的一种适用于电气轨道交通的自适应可调电阻接地系统，列车正常工作时，高速列车通过受电弓6从接触网1上获得驱动列车运行的25kv/50hz的高压交流电。如图1所示，电流依次通过电压互感器一7、电流互感器一9、真空断路器11，流入牵引变压器12的一次侧，为驱动列车的牵引传动设备整流器13、逆变器14、牵引电机提供电能。如图2所示，工作电流从牵引变压器12流出经过位于接地碳刷18、转向架19之间的可调电阻装置17和接地碳刷18流入钢轨一15，保护电流经过位于接地碳刷18、转向架19之间的可调电阻装置17和接地碳刷18流入钢轨二16。

可调电阻装置17如图3所示，具体为：电流互感器二29与电压互感器二21并联；电流互感器二29依次与电流表24、轮对电流比较装置25、最大电流比较装置26和可变电阻27串联后接地；运行中为了保证数据的实时性，增加反馈装置，将控制结果传输到轮对电流比较装置25，及时做出调整。电压互感器二21与电压表22、电压比较装置23串联后经过开关k接地。

本发明中使用工作接地接钢轨一15、保护接地接钢轨二16，随着动车组行驶，列车每节车厢中通过轮对的接地电流都不相同，运行中需要实时监测每对轮对的接地电流，并使自适应可调电阻装置动作。列车逐渐接近吸上线的过程中，如图4：轮对28-1首先通过吸上线，通过吸上线的瞬间轮对28-1上的接地电流达到最大值，大于通过轮对28-2、28-3、28-4的接地电流，随着轮对28-1离开吸上线，通过它的接地电流又逐渐减小，轮对28-2、28-3、28-4上的接地电流依次达到最大值。轮对离吸上线的距离越近，它们之间的等效电阻越小，接地电流会率先通过电阻较小的通道。因为轮对与吸上线相对位置不断变化，从而会产生通过不同轮对的接地电流交替增大的现象。轮对长期通过大电流，会加速车体部件的绝缘老化或绝缘击穿，因此需要在轮对接地电流大的时候加高阻，但阻值过高又会阻碍列车过电压的释放。所以，综合两点考虑，需要在接地碳刷18和转向架19之间接入动态自适应可调电阻装置17。

进一步的，每节车厢都有可调电阻装置17，可以对保护电流和工作电流进行单独控制，工作接地电流或保护接地电流经过轮对电流比较装置25时，读取每个轮对的电流值i1、i2、i3、i4并且进行对比，同一节车厢内，若每个轮对电流上的接地电流大致相同，说明每个轮对离吸上线的距离近似为相等；若轮对上接地电流不同，并且其中离吸上线最近的轮对上的接地电流最大，此时其他三个轮对的接地电流较小，其他轮对对应的可调电阻装置不动作。同时轮对电流比较装置25选择i1、i2、i3、i4中最大的电流作为参考量imax，在最大电流比较装置26中进行比较。规定电流输入值五个档位in1、in2、in3、in4、in5，根据最大电流与电流档位值的比较，改变可变电阻器27的阻值。当最大电流处于最大的档位之间，导致接入的电阻值很大，会阻碍过电压的泄放，但是轮轴已经随着列车运行远离吸上线，可调电阻装置17可以自动减小可变电阻器27的阻值。据实验数据，过吸上线时的通过轮对的接地电流幅值变动不会超过10a，所以根据实际情况选取适当的电流档位即可，不会出现因为电压激增而在短时间内连续切换几个电阻值的情况，因此电流档位的设置是合理的。同时，还接入电流反馈装置，不断将控制结果和每节车厢的4对轮对上的接地电流信息传输到轮对电流比较装置25，在列车运行过程中实时改变可变电阻器27的阻值，保证了可调电阻装置17的自适应性。列车运行过程中，为了保证自适应可调电阻装置17的可靠性，司机室可以实时监测到每个轮对的接地电流信息，手动控制自适应可调电阻装置17的状态。当列车升弓、降弓产生浪涌过电压，短路或过分相等多种情况中操作断路器产生过电压时，电压大小会超过电压比较装置23设定的阈值，此时电压比较装置23会发出信号，使开关k闭合为过电压的放泄提供良好的通道。