優化《和諧3型動車組高級修檢修規程》中接地線檢修標準的探討

張強 中國鐵路上海局集團有限公司上海動車段

1 引言

隨著我國高速鐵路的飛速發展，高速動車組運行速度不斷提升，高速鐵路也逐漸成為交通出行的首選方式。為了保障乘客的生命財產安全，以及諸多車載電子電氣設備的正常運行，所有人體可接觸的且故障時可能帶有高壓的導電部件，必須與車體或車體的某部件直接連接或通過保護接地永久連接，實現車輛的有效接地，保障運輸安全。

2 轉向架接地線概況及檢修標準

2.1 轉向架接地線分布概況

CRH3型動車組轉向架一共有5種接地線纜，第一種是枕梁接地線，連接枕梁與構架，每個轉向架2根，一標準組32根（圖1）；第二種是牽引電機接地線，連接于每臺牽引電機與電機吊架之間，每臺牽引電機1根，一標準組16根；第三種是連接天線梁與天線梁支架的接地線，安裝于EC01/EC08車的一位架，每個轉向架2根，一標準組4根；第四種是連接天線梁支架與構架的接地線，安裝于EC01/EC08車的一位架，每個轉向架2根，一標準組4根；第五種是連接輪對軸端與車體的接地線纜（圖2），軸端接地線纜又可以細分為安裝于TC02/TC07車的接地回流線纜與安裝于BC04/FC05車的接地保護線纜，兩者數量均為一標準組4根，共計8根。

圖1 轉向架枕梁接地線安裝示意

圖2 輪對軸端接地保護線纜示意

2.2 CRH3型動車組接地原理

接地線就是直接連接大地的線，也可以稱為安全回路線，危險時它就把高壓直接轉嫁給大地，是一根生命線。CRH3型動車組的接地系統依據接地方式和功能特點的不同，可以分為工作接地和保護接地。

工作接地：將動車組從接觸網上獲取的電流經由受電弓、變壓器等設備回饋到鋼軌上，通過鋼軌將能量回流到變電站。

保護接地：通過保護性屏蔽接地的方法，將人體可能接觸的導電部件或設備以較低的阻值電路連接到車體上，從而避免由于故障造成過載電流危及人身安全。

2.3 接地線檢修標準

根據《和諧3型動車組高級修檢修規程》（TG/CL150-2018）中對轉向架接地裝置的相關規定，三、四、五級修的檢修標準相同：一是接地線纜及端子須清潔，無灰塵和銹蝕；二是接地線斷股或每股斷線超過10%時更新。

在高級修實際檢修過程中，幾乎所有的接地線線纜表面均附著有灰塵和明顯的污漬痕跡。對某組四級修（車組運行240萬km或者6年后的修程）短編動車組的全部32根轉向架枕梁接地線（該接地線運行過程中長期暴露在外，最有代表性）的外觀狀態進行逐一檢查（圖3），所有接地線表面均附著有不同程度的灰塵，但沒有出現銹蝕情況，其中部分接地線有斷絲情況（圖4），并無斷股現象。

圖3 四級修枕梁接地線外觀狀態

圖4 枕梁接地線局部斷絲情況

3 高級修檢修故障

以CRH3型動車組枕梁接地線為例，每列標準組共安裝有32根枕梁接地線，每根接地線（即1大股）有7個中股，每個中股有7個小股，每個小股有132根線絲。接地線實物截面和結構示意如圖5所示。

圖5 接地線截面及結構示意圖

3.1 接地線斷股斷絲

對上述四級修車組的32根枕梁接地線的斷股、斷絲情況進行逐一檢查統計，所有接地線無直接斷股情況發生，斷絲數統計情況結果如表1。

表1 四級修枕梁接地線斷絲情況

32根枕梁接地線中共有9根存在斷絲情況，斷絲情況發生比例約為28.1%，其中編號1和11的接地線斷絲比例超過一小股的10%，超過檢修規程中接地線的更新標準，超限比例約為6.3%。

接地線斷絲的主要原因是車組在運行過程中，車體和轉向架存在振動現象，尤其是高速運行時振動更加劇烈，或是風阻造成接地線存在長期的無規律往復運動，或是由于異物擊打，均會使接地線的產生應力集中現象，會造成接地線斷絲甚至斷股的現象。目前高級修過程中按照接地線斷絲比例超過一小股的10%超限更換的要求執行。

3.2 接地線表面附著灰塵

轉向架枕梁接地線安裝時外部并無保護套包覆，直接裸露于車組運行環境中，線纜表面附著灰塵的情況難以避免?；覊m顆粒的存在會直接影響到接觸電阻，由于灰塵顆粒的存在，會減小機械接觸面積并分擔接觸壓力，進而增大收縮電阻，使接觸電阻升高。

面對接地線表面有灰塵、油污情況時，實際清潔效果不理想，很難達到規程要求的無灰塵的狀態。對于附著灰塵厚度不大的情況，對其實際運行性能影響不大，可以考慮對相關標準進行適當調整，進一步明確灰塵清潔要求，或者適當增加阻值測量的要求，確保接地線功能良好。

3.3 接地線銹蝕

動車組轉向架系統的工作條件較為惡劣，接地線可能會因為多變且惡劣的運行環境，使線纜的金屬表面產生污染或銹蝕產生氧化層以及附著水分、油污，會導致金屬線纜的電阻增大。

而車體與地面裝置的保護導體（如鋼軌）間的阻抗在IEC60479技術標準中規定要求應盡量降低，以防出現危險電壓。車體與地面裝置的保護性導體間的最大阻抗為0.05 Ω。由于檢修現場對于接地線銹蝕導致的電阻及強度變化暫無法定量測量，出于安全性考慮，檢修處置措施選擇直接更換新線。

4 接地線理論參數計算

4.1 截面積計算

接地線長時間處于工作狀態時，會持續發熱，導致其機械強度下降以及接觸電阻增加，其截面積的選擇確定很大程度上會影響到整體保護性接地的安全性和可靠性。依據GB/T 16895.3低壓電器裝置第5-54部分：電氣設備的選擇和安裝接地配置和保護，保護接地線的截面積可由兩種方式確定，其中方法2保護導線最小截面積的計算公式為：

其中：S-截面積，單位為mm2；

I-流過保護電氣的忽略故障點阻抗產生的預期故障電流方均根值（見IEC60909-0），單位為（A）；

t-保護電氣自動切斷的動作時間，單位（s）；

k-材料系數k需考慮的影響因素有：導體材料，允許的溫升。

TB/T 2977-2016軌道車輛金屬部件的接地保護標準5.2章節規定了保護接地線可采用裸線或絕緣線接地，但必須用抗腐蝕的柔性材料制成，其截面積應保證其導電性能不低于35 mm2銅導線的導電性能。

系數k值的計算方法由下式確定：

公式中：

Qc——導體材料在20℃時的體積熱容量，單位為焦耳每開爾文立方毫米；

β——導體在0℃時電阻率溫度系數的例數，單位為攝氏度（℃）；

ρ20——導體材料在20℃時的電阻率，單位為歐姆毫米（Ω·mm）；

θi——導體初始溫度，單位為攝氏度（℃）；

θf——導體最終溫度，單位為攝氏度（℃）。

不同材料的參數見表2。

表2 不同材料的參數值

表2中數值取自IEC60949。

若采用上述公式計算得出的接地線截面積不是標準的截面尺寸，在實際運用選擇時，則應選擇更高標準的截面積的線纜。

4.2 導體阻值要求

根據TB/T 2977-2016軌道車輛金屬部件的接地保護中5.1章節的標準規定，車體和軌道之間的電阻值應≯0.05 Ω；

JLBS微小拉壓力傳感器采用了箔式應變片貼在合金鋼彈性體上，承受拉、壓力均可，具有測量精度高、穩定性能好、溫度漂移小、輸出對稱性好、結構緊湊等特點。通過查閱技術手冊，可以得到此壓力傳感器的綜合精度為R=0.05%F·S，量程為M=25N。

4.3 轉向架保護接地

轉向架通過兩根接地線與車體相連。轉向架的兩次接地設計是為保證有一個故障（一條接地線缺陷或缺失）時轉向架仍可充分接地。每個轉向架應至少應通過一個輪對保護接地裝置可靠接地。

考慮故障時，假設在接觸網與車體之間存在接觸，短路電流為15 kA,接地線按照最大短路電流情況下持續120 ms設計。按照截面積選取方法2計算，根據GB/T 16895.3附錄A中k取159，可以按照截面積計算方法2的計算公式計算得出接地線最小的工作截面積：

目前枕梁接地線線纜規格為50 mm2，車體與轉向架采用兩根50 mm2的裸銅線進行接地連接。在不考慮故障自動切斷電源時間的情況下，故障時車體與軌道間的電壓應不超過GB 16895.21中規定的50 V。

故障點與保護接地的最大距離不超過單節車輛的車體長度即25 m,其最大電阻R1=25m×1μΩ/m=25 μΩ。

每個轉向架裝有2根接地線，每根0.4 m，并聯電阻R2=

2個電阻各為5 mΩ的接地電刷并聯電阻R3=2.5 μΩ。

總電阻R=R1+R2+R3=2.595 mΩ。

接觸電壓V=15kA×2.595 mΩ=38.925V〈50 V。

考慮CRH3型動車組共12個保護接地裝置，實際接觸電壓比計算值更小。

根據計算可以得出，接地線纜在最大短路電流情況下的最小工作截面積至少為32.68 mm2，占實際使用線纜截面積50 mm2的65%；對比高級修規程中規定的10%斷股的更換標準，換算接地線纜的損失截面范圍為0.1 mm2～5 mm2，最小剩余有效工作截面積仍至少有45 mm2，相較于計算的最小工作截面積，仍有一定的余量，可酌情增加接地線纜斷絲量的更換標準要求。

5 接地線檢修標準探討

現有《和諧3型動車組高級修檢修規程》中，對轉向架接地線檢修標準的主要判定點是：接地線是否存在斷股現象或每股斷線量是否超過10%，實際作業中對于達到該標準的接地線進行更換處理。對于第三節中討論的其它常見的故障現象，進行相應的修復處理。

通過前文的計算可知，接地線的實際設計安全余量較多，達到35%左右，目前的換新標準定在每小股的10%，從理論計算出發，在保證接地線無其它機械強度問題和隱患的情況，可以適當放寬接地線斷線量的換新標準。建議講接地線檢修標準優化為：一是接地線纜及端子須清潔，無灰塵和銹蝕；二是接地線斷股或各股斷線量合計不超過總量的10%；三是導電性能可以滿足保護接地的安全需求。

6 結束語

本文通過對轉向架接地線的相關檢修規程和高級修實際運用檢修過程中常見的故障現象、原因及影響進行了研究分析，對現有的接地線的檢修標準及故障處理方案進行了探討。通過理論計算，分析得出現有的接地線檢修標準相對較嚴，安全余量較大，可以適當放寬標準。