随着交通运输行业对载运工具的安全性、舒适性和绿色节能性提出新的需求，轻量化设计已成为轨道交通车辆的重要发展方向之一。碳纤维复合材料由于具有高强度、低膨胀系数、热容量小、比重小等特性，已成为车体轻量化设计的首选材料之一，应用碳纤维复合材料制造的车体具有质量轻、强度高、刚性大等特性，在有效地降低车体质量的同时，也提高了车体运行的平稳性和安全性。

磁悬浮列车作为当今轨道交通领域内的研究热点，具有节能环保、舒适性高、适应能力强、安全性高等优点，本文将围绕有供电轨的磁悬浮列车碳纤维复合材料车体展开后续讨论。

在磁悬浮列车中，供电系统直接影响列车工作的安全性与可靠性，接地设计作为供电系统中重要的一环，在实际工程设计中意义重大。良好的接地设计不仅需要提供车辆故障电流回流路径，同时还需考虑车辆电气设备电磁兼容的需求。

各种车辆装置、电气设备、屏蔽设备等需保持低阻抗连接到车体金属框架，以此来限制电路之间的共模电压，提高系统的抗干扰度，减小电磁辐射对车上其他设备的影响，这对保证列车的安全稳定运行和车上电气设备的正常工作以及车内人员的人身安全起到至关重要的作用。

磁悬浮列车牵引网系统由正极接触轨（供电轨）和负极接触轨（回流轨）组成，正、负极接触轨分布在轨道两侧，与地绝缘，通过正极接触轨向车辆供电，负极接触轨回流，列车的车体构造、受流方式和轨道结构与其他轮轨交通存在明显差异，对车辆的接地系统、电磁兼容提出了新的需求。

为了进一步提高磁悬浮列车的承载能力，并加强磁悬浮列车的轻量化、可靠性和安全性等性能，采用碳纤维复合材料作为车体结构材料。但碳纤维复合材料由于组成方式、成型工艺等客观因素影响，与铝合金等金属材料相比，板材在成型后，其电导率、磁导率等电磁特性产生了一定程度的变化，可能造成车体的磁场屏蔽效能、电场屏蔽效能、接地阻抗、静电保护、雷击防护等电磁兼容性能的减弱，导致通信紊乱、控制失灵、设备故障等异常工作状态，因此需要重新考虑车体接地和电气设备接地问题。

由于碳纤维复合材料结构具有低电导率、高导热性特质，不适宜直接作为电流回路接地使用。北京交通大学的科研人员提出把碳纤维复合材料与金属框架组合形成车身整体，以此为列车提供连续良好的接地回路系统，在结构设计上，将车内外故障时可带危险电压的电气设备通过铜带与铜质导线搭接到车体铝合金框架上，故障电流经车体接地回路后通过接地装置汇流到大地，避免了对其他人员或设备造成严重危害。

图1 车体接地回路仿真模型

他们首先分析了碳纤维复合材料结构对车体接地回路的影响，介绍了磁悬浮列车主要接地技术分类，继而分析采用碳纤维复合材料后的车体接地系统中接地参考平面材料与搭接件的选择，提出一套适用于磁浮列车碳纤维车体的接地回路设计，用Maxwell软件搭建了车体接地回路模型，仿真计算车体接地回路电阻并分析了回路中接地电流的分布，以此验证接地系统的可靠性。

研究人员最后得出结论：通过合理布置磁悬浮列车碳纤维车体接地回路通路，可以有效保护各电气设备和车上乘客安全，使磁悬浮列车安全稳定地运行。

本文编自2021年《电工技术学报》增刊2，论文标题为“磁悬浮列车碳纤维复合材料车体接地系统设计”，作者为蔡娇、王舒瑾 等。