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摘要：社会和国家的发展，随之而来的就是对人生的安全和财产的安全，越来越看重。在交通轨道列车安全来说，轨道交通车辆变流系统接地故障检测机制是否完善安全是尤为重要的。本文将主要浅谈分析轨道交通车辆变流系统牵引变流器和辅助变流器接地保护的运行原理、工作方法和拓扑结构，以此来增强我国的轨道交通安全性，从而加强我国发展。
关键词：轨道交通车辆;变流系统;接地故障;检测机制
一、牵引变流器接地保护工作原理
对动车组进行接触网取电，对其牵引变流器电气拓扑结构运用与其他变流器运用一种变流系统不同，使用的是两种变流系统即为交直交变流系统，这种特殊的电气拓扑结构也和其他的电气拓扑结构有所不同，特殊之处在于里面分为四象限整流器，其模式简称为1+3模式，具体内容就是一个中间的直流环节加三个牵引逆变器部分，因为轨道车辆从两种大小不同的直流牵引的供电系统中各自取电，所以导致牵引变流器在电气结构中缺少单项整流功能。通过以上理论中车辆牵引变流器中主电路的结构和供电制式的特殊性，总结出了一下两种接地保护情况，第一种是供电牵引系统接地故障保护，第二种是对于具体的轨道交通施工应用情况，选择不同的接地故障检测方法。
（一）供电牵引系统接地故障保护
第一，接地电流检测保护方式。需要让牵引变流器内部的直流母线负线进行接地，这里选择CRH5型动车组为例。并通过电流传感器对其接地方式进行接地保护，这种接地保护方法结构不复杂。当内部直流母线正线接地、四象限整流器交流输入侧接地、牵引逆变器输出侧接地出现故障时，可以使用负线电流传感器来检测，当电流遇到保护阀时牵引变流器内部可以检测出故障位置。以上这种检测方法可以通过电流保护阀呈现保护动作，但是其也有一些缺点，最大缺点就是在内部直流母线负线直接接地的过程中，促使发生故障的线路自动出现两点间的接地短路，如果这种短路情况没有及时被发现，那么短路电流将会导致功率器烧坏。第二，分压电阻检测保护方式。该方式是用中间直流线路串联通两个电阻，然后将电阻中间接地，并且固定阻值，运用传感器直接检测电阻电压。
（二）直流供电的牵引系统接地故障保护
一般轨道交通都采用的直流供电或者回流供电的方法，比如地铁车辆、底板有轨电车等，回流方式主要有钢轨回流和接触线回流，这两中回流方式差异较大。第一，钢轨回流接地故障保护方法，该方法通过对钢轨回流的车辆接地故障进行保护，在这种方式下，车辆发生故障时，高压线主断路器会自动跳闸，以此保护车辆电气。车辆一般通过接地电阻和钢轨负线连接的方法，可以有效防止车辆出现环路电流，通过将车辆和钢轨负线进行连接，以此避免接地故障对车辆正常运行产生影响。第二，接触线回流接地故障保护方法，这种方法主要用于解决不通过钢轨回方式进行运行的单轨电车接地故障问题，单轨电车采用的是双弓受流的方法。供电系统接地故障保护方法如下，先选择一台接地装置，把接地装置和和车体进行连接在车站内部，这可以有效减少列车在运行过程中出现的不安全事故，从而保护了群众的人生安全和财产安全。另一方面作为跨座式单轨列车接地出现的故障情况，可以将地继电器直接和地面连接通过变电站负线连接，首先通过负线连接接地继电器和车体进行连接，最后通过接地装置连接到地面。这种接地方法会发生两种不同的情况，但是都是通过变电站接地保护牵引变流器来连接接地故障检测装置进行接地故障检测[1]。
二、辅助变流器接地保护工作原理
（一）N线接地检测保护
接地检测保护是使用辅助变流器输出侧N线后从而进行的保护，这种保护方法的优点就是更大程度的可以保证变流器输出N相电流的平稳，并且如果出现了故障在接地电平和辅助变流器三相输出过程中，辅助变流器可以更方便准确的检测到输出电流短路情况，从而进行自动有效的保护。当车辆辅助系统并联运行时，单车发生接地故障时，需要移除辅助，这样提高系统的繁杂，以上保护原理方法可得知辅助变流器接地保护工作原理十分完善，可以在供电系统车辆运行中采用N线接地故障检测方法。
（二）阻容电压检测保护
该方法是针对于N线接地检测的弊端提出的一种新方法，可以将串联电阻和电容连接到输出侧N线和箱体之间，这样做的目的就是方便可以通过检测两端不同的电阻和电容两端的电压来分析和判断接地故障是否出现。如果辅助变流器三相输出发生接地故障时，支路会出现漏电流现象，电压为恒定值，如果发生变化就会被电压传感器检测出，已经超过了保护阀值，可以明确接地故障，便可以及时有效的自动启动保护功能。该方法既可以有效检测出接地故障，也可以改善N线检测方法的不足，因此是一种较为稳定的接地故障保护方法。
三、仿真测试
在对以上接地故障检测方法进行分析后发现，如果采取内部直流母线负线接地方法、接地检测保护方法进行接地故障检测时，将会出现短路大电流问题，对于分压电阻或者阻容电压检测的方法可以实现单点接地故障检测，确保轨道交通车辆变流系统运行稳定和安全。对此需要对分压电阻检测方法进行仿真测试，该测试选择了牵引变流器进行测试。先采用科学的参数标准，首先检测地接故障效果在非短路情况下，然后为了方便后期的分析和观察，我们可以假设地接检测的电压值是电压传感器的周期值。然后就可以进行专项测试对接地故障保护的各种不同方法：第一，内部直流母线正线接地;第二，四象限整流器交流输入侧接地，由于这两种地接故障保护方法的电压周期平均值是不同的，因此可以对这两种方法平均值变化情况进行讨论和分析。以上仿真测试结果发现，分压电阻检测方法的牵引变流器可以在单点接地故障下正常进行运行，检测的接地电压值和内部中间直流电压值符合计算标准[2]。
四、结束语
总之，通過以上分析后发现，牵引变流器内部直流母线负线设计是没有条件过于严苛的要求的，如果采用的是分压电阻检测的方法，那么无法直接的检测到接地故障情况在两点短路过流时，而接地电流检测的方法在对接地故障进行检测时会产生短路情况，对于这种情况需要及时进行保护处理，避免对功率器造成破坏。另外，由于跨座式单轨列车牵引系统负线回流无法进行接地，因此接地故障检测装置检测是必须的，不仅如此还可以在变电站和车辆运行线路中发生的故障中进行检测。对于辅助变流器而言，阻容电阻检测保护方法可以不需要在两点短路内部进行接地故障检测，这种方法相比较于直接接地检测更加安全。因此，以上研究结果可以对轨道交通车辆变流系统接地故障检测机制进行完善。
参考文献
[1]王雄，宋郭蒙，黄南，等.轨道交通车辆风冷散热器传热优化研究[J]，2021.
[2]邓琴. 地铁排流网系统的设计研究[D]. 西南交通大学.
关键词：轨道交通车辆;变流系统;接地故障;检测机制
一、牵引变流器接地保护工作原理
对动车组进行接触网取电，对其牵引变流器电气拓扑结构运用与其他变流器运用一种变流系统不同，使用的是两种变流系统即为交直交变流系统，这种特殊的电气拓扑结构也和其他的电气拓扑结构有所不同，特殊之处在于里面分为四象限整流器，其模式简称为1+3模式，具体内容就是一个中间的直流环节加三个牵引逆变器部分，因为轨道车辆从两种大小不同的直流牵引的供电系统中各自取电，所以导致牵引变流器在电气结构中缺少单项整流功能。通过以上理论中车辆牵引变流器中主电路的结构和供电制式的特殊性，总结出了一下两种接地保护情况，第一种是供电牵引系统接地故障保护，第二种是对于具体的轨道交通施工应用情况，选择不同的接地故障检测方法。
（一）供电牵引系统接地故障保护
第一，接地电流检测保护方式。需要让牵引变流器内部的直流母线负线进行接地，这里选择CRH5型动车组为例。并通过电流传感器对其接地方式进行接地保护，这种接地保护方法结构不复杂。当内部直流母线正线接地、四象限整流器交流输入侧接地、牵引逆变器输出侧接地出现故障时，可以使用负线电流传感器来检测，当电流遇到保护阀时牵引变流器内部可以检测出故障位置。以上这种检测方法可以通过电流保护阀呈现保护动作，但是其也有一些缺点，最大缺点就是在内部直流母线负线直接接地的过程中，促使发生故障的线路自动出现两点间的接地短路，如果这种短路情况没有及时被发现，那么短路电流将会导致功率器烧坏。第二，分压电阻检测保护方式。该方式是用中间直流线路串联通两个电阻，然后将电阻中间接地，并且固定阻值，运用传感器直接检测电阻电压。
（二）直流供电的牵引系统接地故障保护
一般轨道交通都采用的直流供电或者回流供电的方法，比如地铁车辆、底板有轨电车等，回流方式主要有钢轨回流和接触线回流，这两中回流方式差异较大。第一，钢轨回流接地故障保护方法，该方法通过对钢轨回流的车辆接地故障进行保护，在这种方式下，车辆发生故障时，高压线主断路器会自动跳闸，以此保护车辆电气。车辆一般通过接地电阻和钢轨负线连接的方法，可以有效防止车辆出现环路电流，通过将车辆和钢轨负线进行连接，以此避免接地故障对车辆正常运行产生影响。第二，接触线回流接地故障保护方法，这种方法主要用于解决不通过钢轨回方式进行运行的单轨电车接地故障问题，单轨电车采用的是双弓受流的方法。供电系统接地故障保护方法如下，先选择一台接地装置，把接地装置和和车体进行连接在车站内部，这可以有效减少列车在运行过程中出现的不安全事故，从而保护了群众的人生安全和财产安全。另一方面作为跨座式单轨列车接地出现的故障情况，可以将地继电器直接和地面连接通过变电站负线连接，首先通过负线连接接地继电器和车体进行连接，最后通过接地装置连接到地面。这种接地方法会发生两种不同的情况，但是都是通过变电站接地保护牵引变流器来连接接地故障检测装置进行接地故障检测[1]。
二、辅助变流器接地保护工作原理
（一）N线接地检测保护
接地检测保护是使用辅助变流器输出侧N线后从而进行的保护，这种保护方法的优点就是更大程度的可以保证变流器输出N相电流的平稳，并且如果出现了故障在接地电平和辅助变流器三相输出过程中，辅助变流器可以更方便准确的检测到输出电流短路情况，从而进行自动有效的保护。当车辆辅助系统并联运行时，单车发生接地故障时，需要移除辅助，这样提高系统的繁杂，以上保护原理方法可得知辅助变流器接地保护工作原理十分完善，可以在供电系统车辆运行中采用N线接地故障检测方法。
（二）阻容电压检测保护
该方法是针对于N线接地检测的弊端提出的一种新方法，可以将串联电阻和电容连接到输出侧N线和箱体之间，这样做的目的就是方便可以通过检测两端不同的电阻和电容两端的电压来分析和判断接地故障是否出现。如果辅助变流器三相输出发生接地故障时，支路会出现漏电流现象，电压为恒定值，如果发生变化就会被电压传感器检测出，已经超过了保护阀值，可以明确接地故障，便可以及时有效的自动启动保护功能。该方法既可以有效检测出接地故障，也可以改善N线检测方法的不足，因此是一种较为稳定的接地故障保护方法。
三、仿真测试
在对以上接地故障检测方法进行分析后发现，如果采取内部直流母线负线接地方法、接地检测保护方法进行接地故障检测时，将会出现短路大电流问题，对于分压电阻或者阻容电压检测的方法可以实现单点接地故障检测，确保轨道交通车辆变流系统运行稳定和安全。对此需要对分压电阻检测方法进行仿真测试，该测试选择了牵引变流器进行测试。先采用科学的参数标准，首先检测地接故障效果在非短路情况下，然后为了方便后期的分析和观察，我们可以假设地接检测的电压值是电压传感器的周期值。然后就可以进行专项测试对接地故障保护的各种不同方法：第一，内部直流母线正线接地;第二，四象限整流器交流输入侧接地，由于这两种地接故障保护方法的电压周期平均值是不同的，因此可以对这两种方法平均值变化情况进行讨论和分析。以上仿真测试结果发现，分压电阻检测方法的牵引变流器可以在单点接地故障下正常进行运行，检测的接地电压值和内部中间直流电压值符合计算标准[2]。
四、结束语
总之，通過以上分析后发现，牵引变流器内部直流母线负线设计是没有条件过于严苛的要求的，如果采用的是分压电阻检测的方法，那么无法直接的检测到接地故障情况在两点短路过流时，而接地电流检测的方法在对接地故障进行检测时会产生短路情况，对于这种情况需要及时进行保护处理，避免对功率器造成破坏。另外，由于跨座式单轨列车牵引系统负线回流无法进行接地，因此接地故障检测装置检测是必须的，不仅如此还可以在变电站和车辆运行线路中发生的故障中进行检测。对于辅助变流器而言，阻容电阻检测保护方法可以不需要在两点短路内部进行接地故障检测，这种方法相比较于直接接地检测更加安全。因此，以上研究结果可以对轨道交通车辆变流系统接地故障检测机制进行完善。
参考文献
[1]王雄，宋郭蒙，黄南，等.轨道交通车辆风冷散热器传热优化研究[J]，2021.
[2]邓琴. 地铁排流网系统的设计研究[D]. 西南交通大学.