牽引供電回流對信號設備的干擾分析與應對措施

徐炳輝 尹 明

徐炳輝:朔黃鐵路原平分公司 高級工程師 034100 山西原平

尹 明:朔黃鐵路原平分公司 工程師 034100 山西原平

1 牽引供電設備回流對軌道電路的干擾

牽引供電回流對信號設備最直接的影響主要反映在鋼軌上，既要傳輸軌道電路工作的信號電流，又要傳輸牽引供電回流，也就是說在鋼軌中有多種頻率不同、電壓不同的電流在同時傳輸，這樣就造成了相互間的干擾，特別是牽引回流對信號電流的影響更加突出。以下就幾種典型的因牽引回流影響造成的軌道電路故障進行分析。

1.1 牽引電流影響造成紅光帶

1．故障現(xiàn)象。某站3DG軌道區(qū)段閃紅光帶，故障發(fā)生后自動消失。經(jīng)檢查、測試，該軌道電路所有數(shù)據(jù)均正常;對該區(qū)段及相鄰區(qū)段的絕緣、跳線及引接線進行檢查測試，也未發(fā)現(xiàn)有異常情況。后經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)108號網(wǎng)桿地線阻值為0 Ω，可以確定是108號網(wǎng)桿處地線連接鋼軌，且不經(jīng)火花間隙直接入地，牽引電流經(jīng)此地線直接入地，造成軌道電路電壓波動，于是發(fā)生了軌道電路閃紅光帶的故障。

2．原因分析。一是供電專業(yè)盲目設置地線，將鋼軌直接接入地線;二是在現(xiàn)有的供電系統(tǒng)中，通常利用鋼軌作為接觸網(wǎng)自然接地體，當接地裝置的火花間隙失效，或有些桿塔不經(jīng)過火花間隙直接連接鋼軌，在同一軌道電路區(qū)段內(nèi)的2個及以上接觸網(wǎng)桿塔地線分別接在2根鋼軌上，或者不同軌道電路區(qū)段內(nèi)桿塔地線經(jīng)貫通的架空地線短路了鋼軌絕緣接頭，都會造成軌道電路紅光帶。另外，當機車發(fā)生受電弓支持絕緣閃絡、放電間隙擊穿等接地故障時，巨大的短路電流會瞬間使火花間隙擊穿，也會影響到信號設備。

3．應對措施。對牽引供電設備中的火花間隙和地線進行全面的檢查、測試，堅決杜絕鋼軌直接連接地線的現(xiàn)象。同時對軌道電路位置的火花間隙進行周期性的測試，發(fā)現(xiàn)火花間隙不良的及時聯(lián)系供電部門進行更換，以避免此類軌道電路故障的發(fā)生，保證軌道電路穩(wěn)定工作。

1.2 供電檢修、地線設置不當造成紅光帶

1．故障現(xiàn)象。某站3DG軌道電路區(qū)段在“天窗”時間內(nèi)出現(xiàn)紅光帶。經(jīng)信號人員到現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn):供電部門進行檢修作業(yè)時，將上行接觸網(wǎng)地線接在ⅡAG區(qū)段鋼軌外側(cè)，下行接觸網(wǎng)地線接在3DG區(qū)段鋼軌外側(cè)。同時再對某分區(qū)亭設備檢查發(fā)現(xiàn):分區(qū)亭內(nèi)的末端環(huán)供斷路器未斷開，造成了此次故障的發(fā)生。

2．原因分析。故障原因分析示意圖如圖1所示。通過地線、接觸網(wǎng)、分區(qū)亭斷路器形成閉環(huán)，正好兩軌道區(qū)段鋼軌外側(cè)極性相反，造成上、下行外側(cè)鋼軌短路，使ⅡAG、3DG區(qū)段電壓下降6～7V(分區(qū)亭距離遠近決定壓降的大小)。ⅡAG區(qū)段電壓在軌道繼電器吸起范圍內(nèi)，3DG軌道電壓下降到9.85V，低于繼電器工作電壓，因此出現(xiàn)了紅光帶。

圖1 故障原因分析示意圖

3．應對措施。上述故障是由供電專業(yè)檢修時地線設置位置引起的。應采取供電和信號專業(yè)聯(lián)合調(diào)查后，再確定地線設置地點，以確保此類問題不再發(fā)生。如果信號部門發(fā)現(xiàn)軌道電路出現(xiàn)故障，并且該區(qū)段連接了供電檢修地線，應及時聯(lián)系供電部門共同查找，要及時拆除地線以及所有可能影響軌道電路工作的設備，以便縮短故障延時。

1.3 供電變電所處鋼軌回流設備設置不合理

1．故障現(xiàn)象。某站4G出現(xiàn)閃紅光帶故障，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)其鋼軌上直接連接了供電回流線，在站內(nèi)出現(xiàn)牽引回流瞬間增大的情況下，造成4G軌道電路電壓下降，軌道繼電器不能可靠吸起，出現(xiàn)軌道電路紅光帶。

2．原因分析。97型軌道電路規(guī)定回流線必須連接到扼流變壓器中心連接板位置，而不能直接連接鋼軌。當供電回流地線連接扼流變壓器中心連接板時，牽引電流與軌道電路的信號電流在扼流變壓器內(nèi)進行了分離，并且信號電流經(jīng)過抗干擾設備，減小了牽引電流對軌道電路的影響，保證了軌道電路可靠工作。若將回流線直接連接到鋼軌上，則牽引電流與軌道電路信號電流未經(jīng)分離，就會使牽引回流對軌道電路的信號電流造成很大影響，最終影響到軌道電路的正常工作。

3．應對措施。要求供電部門杜絕此類回流地線的連接方法，將回流地線按照要求連接至扼流變壓器的中心連接板位置。

1.4 供電吸上線設置位置不合理

1．故障現(xiàn)象。某站9DG區(qū)段為一送一受區(qū)段，在該區(qū)段的送、受端扼流變壓器中心連接板上都設置了吸上線，造成該區(qū)段發(fā)生斷軌故障時，不能顯示紅光帶，無法實現(xiàn)軌道電路斷軌檢查的功能。

2．原因分析。97型軌道電路利用2根鋼軌構(gòu)成常閉回路，一旦該回路出現(xiàn)斷點(即鋼軌折斷)，直接反應就是軌道繼電器落下，控制臺出現(xiàn)紅光帶。如果在同一區(qū)段兩端的扼流變壓器中心連接板上同時連接吸上線，在一側(cè)鋼軌出現(xiàn)斷軌時，軌道電路可以通過回流線構(gòu)成閉環(huán)工作回路，使軌道繼電器保持在吸起狀態(tài)，也就無法實現(xiàn)其斷軌檢查。

3．應對措施。杜絕在同一軌道區(qū)段兩端同時設置回流線，以確保實現(xiàn)斷軌檢查的功能。

1.5 極端情況下牽引回流不暢造成設備故障

1．故障現(xiàn)象。某站在站內(nèi)正線上、下行線分別設置了吸上線并進行了橫向連接，對岔區(qū)側(cè)線部分未設置吸上線，而采取橫向連接的方式，將岔區(qū)側(cè)線部分的牽引回流引到正線部分，經(jīng)正線回流線溝通牽引回流通道。當一臺電力機車在岔區(qū)側(cè)線部分發(fā)生放電故障，造成連接側(cè)線橫向連接線 (岔區(qū)側(cè)線部分連接正線)的扼流變壓器電流過大，使扼流變壓器損壞，就發(fā)生軌道電路紅光帶故障。此外，偶遇雷擊故障，上述位置扼流變壓器再次損壞，造成連接正線橫向連接線的扼流變壓器內(nèi)的適配器等器材同時損毀。

2．原因分析。正常情況下，該站各處的牽引回流通道是能夠暢通的，但是由于岔區(qū)側(cè)線部分所有牽引回流都必須經(jīng)過橫線連接線到達正線，經(jīng)正線部分設置的吸上線回變電所，故在極端情況下，連接正線與側(cè)線的橫線連接線兩端的扼流變壓器所承受的電流過大，會使扼流變壓器損壞，造成軌道電路故障。

3．采取措施。將正線與側(cè)線的橫向連接線拆除，并在岔區(qū)側(cè)線部分增加吸上線，使側(cè)線和正線部分的回流都能夠單獨構(gòu)成通道。這樣在極端情況下也能夠保證牽引回流的暢通，對信號設備形成保護，減小牽引回流對信號設備的干擾和影響，減少設備故障和壓縮故障影響范圍。

2 供電設備對電纜線路的干擾

電氣化鐵道牽引電流必須具備回流路徑。根據(jù)電流連續(xù)性原理，總的回流應等于接觸線轉(zhuǎn)化的電流。鋼軌可作為回流的導體，但由于鋼軌敷設在地面上，長度遠遠大于寬度，其縱向電阻的存在以及交流牽引網(wǎng)在其周圍空間存在電場和產(chǎn)生交變磁場，接觸網(wǎng)與地回路，軌道與地回路存在感性耦合，必然導致部分回流流入大地，再經(jīng)大地流回牽引變電所的接地系統(tǒng)。又由于大地并不是一個均勻介質(zhì)，土壤導電率的值處處隨土質(zhì)而異。特別是當?shù)叵略O有金屬表皮電纜或貫通地線時，地中電流將很大程度地沿此類通道集中流通，電流在其中產(chǎn)生壓降而使金屬物出現(xiàn)對地電壓，并且與鐵路并行的電纜或地線，愈靠近鐵路，上述現(xiàn)象就愈顯著。當對地電壓超過規(guī)定值時就造成了設備的安全隱患，嚴重時還將危及操作人員的安全。

2.1 典型案例

1．區(qū)間電纜燒損故障。某站站聯(lián)電纜部分芯線發(fā)生短路，后經(jīng)測試查找確定位置在某橋梁上的電纜槽內(nèi)。經(jīng)過對該橋梁電纜槽開蓋檢查發(fā)現(xiàn)電纜燒損。燒損的原因是:該站聯(lián)電纜外皮接觸電纜槽內(nèi)的電纜槽固定螺栓 (鋼制)，在列車通過時橋梁晃動造成長時間的磨損，電纜外皮破損且電纜鋼帶與電纜槽固定螺栓接觸打火，造成電纜燒損，芯線短路。

2．某站X2電纜盒—SN信號機電纜燒損，SN進站信號機不能開放。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)故障電纜與站內(nèi)貫通地線(鉛包銅線，外皮導電)在橋上同一電纜槽(鋼槽)內(nèi)敷設。電纜槽與貫通地線存在壓差(最大值達11.6 V，貫通地線電流最大值為50 A)，其相互接近位置放電，因故障電纜與貫通地線距離較近，燒傷嚴重，造成內(nèi)部芯線絕緣不良、短路，與電纜鋼帶相連，最終導致對地絕緣不良。

以上的2起故障都是因供電進入大地的回流，造成電纜鋼帶和貫通地線等金屬通道上出現(xiàn)對地電壓，與完全接地體接觸時發(fā)生放電，最終燒損電纜。針對此類故障首先供電部門要對沿線供電吸上線進行檢查，要求站內(nèi)正線上、下行進站信號機附近各有1處吸上線，區(qū)間每2 km設1處吸上線，保證回流通暢，減小進入大地的牽引回流。信號部門應采取將設備貫通地線做好絕緣防護，更換電纜鋼槽為復合槽，將電纜槽固定螺栓更換為絕緣螺栓等針對性措施，消除故障隱患。

2.2 設置要求

綜上所述，為保證信號設備在正常和極端情況下的穩(wěn)定運行，減小供電牽引回流對信號設備的干擾，對供電吸上線的設置要求如下。

1．站內(nèi)正線和側(cè)線的吸上線必須分開設置，將正線與側(cè)線之間的橫向連接線斷開，保證正線和側(cè)線各位置牽引回流暢通。

2．區(qū)間吸上線間隔應≤2 km，如因地形影響無法滿足上述要求，應設置空扼流增加吸上線，滿足上述要求。

3．在站內(nèi)、區(qū)間所有位置，牽引回流應滿足機車在任何位置，前方、后方都有回流通道，在一個回流通道中斷的情況下，不會影響正常牽引回流。

4．應在供電和信號專業(yè)聯(lián)合調(diào)查后，確定地線設置地點，以避免地線設置不當影響軌道電路正常工作。

5．應將回流線按照要求連接至扼流變壓器的中心連接板位置，避免牽引回流對軌道電路的不良影響。

通過以上的故障案例，可以看出供電設備牽引回流對信號設備造成影響是嚴重的，但是只要供電部門和信號部門加強協(xié)作，不斷消除故障隱患，必定能夠確保設備的正常運行。

［1］ 董玉璽．電化區(qū)段如何避免牽引回流對軌道電路的影響［J］ ．鐵道通信信號，2008(6)．

［2］ 畢紅軍.電氣化鐵道牽引回流分布的理論分析［J］ .北方交通大學學報，1994(02).

［3］ 李制軍.淺議電氣化鐵路牽引供電對鐵路信號設備的影響［J］ .西鐵科技，2009(01).