交流電力牽引區(qū)段對信號設(shè)備的影響及防護(hù)

袁天玉

（鐵四院工程咨詢有限公司，武漢 430063）

1 概述

電氣化鐵路，是以電能作為牽引動力的一種現(xiàn)代化交通運輸工具。因其牽引動力是電能，所以稱電力牽引。電氣化鐵路是由電力機車（或電動車組）和鐵路牽引供電系統(tǒng)兩大部分組成的。鐵路牽引供電系統(tǒng)本身并不產(chǎn)生電能，而是將國家電力系統(tǒng)的電能傳送給電力機車（或電動車組）。

2 交流電氣化鐵路對信號設(shè)備的主要影響

由于我國交流電氣化鐵路牽引網(wǎng)采用的是單相工頻25 k V制式，是以接觸網(wǎng)—鋼軌—大地為回路的非對稱性供電系統(tǒng)，因此會造成對鐵路附近弱電系統(tǒng)（通信系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、無線設(shè)施）和輸油（氣）管道的有害影響。

有害影響源的有效參數(shù)包括：牽引供電網(wǎng)的電壓；工作電流及相關(guān)磁場；短路電流及短路電流有效持續(xù)時間；工作電流的高次諧波；弓網(wǎng)之間產(chǎn)生的電弧，牽引供電網(wǎng)或牽引車輛上開關(guān)設(shè)備切換引起的高頻干擾電磁場；干擾源與被干擾設(shè)備的幾何位置關(guān)系等。

對通信、信號系統(tǒng)的有害影響又分為危險影響和干擾影響。

危險影響是指當(dāng)通信、信號線路受到電氣化鐵道的感應(yīng)及入地電流的作用，產(chǎn)生的電壓和電流足以危害通信和信號設(shè)備的運行、維護(hù)人員的生命安全，損壞線路、設(shè)備和儀器，或鐵路信號的誤動等影響。

干擾影響同危險影響類似，是接觸網(wǎng)通過感性、容性耦合在通信、信號線路上產(chǎn)生的影響正常運行或工作的影響。

為克服電氣化鐵路對通信、信號造成的危害和干擾影響，在鐵路的通信和信號設(shè)計規(guī)范中制定專門有針對性的控制標(biāo)準(zhǔn)和防護(hù)措施。

3 交流電力牽引區(qū)段對信號設(shè)備影響及防護(hù)

3.1 對軌道電路設(shè)備的影響及防護(hù)

交流電化區(qū)段鋼軌既作為信號的傳輸通道，又作為牽引電流的回歸通道，這就要求軌道電路應(yīng)具備抗?fàn)恳娏鞲蓴_的能力。當(dāng)軌道電路的接收設(shè)備在調(diào)整狀態(tài)時，不因干擾而錯誤失磁；在分路狀態(tài)時，不因干擾而使軌道繼電器錯誤保持吸起。因此，應(yīng)采用非工頻軌道電路。此外，還要求軌道電路分路靈敏度高、具有可靠的絕緣破損防護(hù)、能疊加電碼，而且設(shè)備簡單，維修方便，最好能做到一次調(diào)整。目前，國內(nèi)大量使用25 H z相敏軌道電路，也可采用高壓不對稱脈沖軌道電路、站內(nèi)電化移頻，以及國外多種類型的軌道電路。

3.1.1 側(cè)線股道扼流變壓器中性點連接引起的問題

為在同一軌道中既滿足軌道電路正常工作，又保證牽引電流的回歸，站內(nèi)一般采用雙軌條軌道電路，在絕緣節(jié)處加裝扼流變壓器，相鄰軌道電路的扼流變壓器的中點需相連。如果全部采用雙扼流變壓的軌道電路，在中點連接后，則易構(gòu)成迂回回路，有可能造成在軌道電路不完整或列車占用的情況下失去檢查，使繼電器錯誤吸起。如圖1所示，在側(cè)線1G處送受電端都裝有扼流變壓器（即雙扼流），當(dāng)BE一處斷線時，則構(gòu)成如圖1中虛線所示的信號電流經(jīng)由各BE的迂回電路。在1G有車或斷軌情況下，1G的軌道繼電器有可能經(jīng)迂回電路而錯誤吸起。故將其一端的扼流變壓器的中點不相連，即可切斷迂回電路。

對于特大站，由于股道數(shù)量多，僅用兩條正線疏通牽引電流，有時牽引電流迂回很長才能到達(dá)正線。另外，當(dāng)電力機車升弓或出發(fā)列車在股道上啟動時，將引起高壓不對稱脈沖軌道電路波頭波尾電壓差減小，軌道繼電器會失磁，使出站信號機的允許燈光滅燈，控制臺上出現(xiàn)紅光帶，這將影響運輸效率。因此，對于特大站，應(yīng)與接觸網(wǎng)專業(yè)協(xié)商，請其增設(shè)回流點。

3.1.2 交叉渡線軌道電路引起的問題

設(shè)有交叉渡線的軌道電路，若按非電化區(qū)段布置鋼軌絕緣，則會在上、下兩個區(qū)段（A段及B段）軌道電路有一根鋼軌相連如圖2所示。在電氣化區(qū)段因設(shè)有扼流變壓器，相鄰兩段軌道電路扼流變壓器的中點相連，使上述A、B段軌道電路的另一根軌條通過一定的迂回阻抗也相連，如圖2中虛線所示，這就造成軌道電路工作不穩(wěn)定。

上述問題的解決方法是將兩處相連，改為只有一處相連。而電氣化區(qū)段要求牽引電流的回歸是暢通的。所以只有采取在渡線處加裝兩處絕緣如圖3所示，使A、B兩段軌道電路完全隔開加以解決。另舉例幾種錯誤的交叉渡線絕緣放置方式如圖4、5所示。

如圖4所示，渡線絕緣放置在該位置導(dǎo)致岔擋的分割沒起作用，兩個軌道電路區(qū)段串通。

如圖5所示，交流電氣化牽引區(qū)段增加的絕緣放置在該位置，導(dǎo)致死區(qū)段過長，不滿足規(guī)范要求，可能影響正常行車。

3.1.3 橫向連接設(shè)置引起的問題

橫向連接是電力牽引區(qū)段UM 71或ZPW-2000等無絕緣軌道電路采用的一種連接及接地方式，在雙線區(qū)段中，利用上、下行兩空心線圈或空扼流變壓器的中心線相連或連接后接地，其作用是平衡兩鋼軌間的牽引電流；限制鋼軌與大地之間的電壓；產(chǎn)生保護(hù)性柵格以抵抗電壓浪涌；用于疏導(dǎo)牽引電流，構(gòu)成牽引電流返回連接。

橫向連接是為平衡兩線間的牽引電流，以及軌道電路防雷和改善干擾狀況而設(shè)置的，但若設(shè)置地點距進(jìn)站信號機的距離較近，也可能與站內(nèi)的橫向牽引連接線或與吸上線構(gòu)成串流電路，在斷軌時使軌道繼電器保持吸起不落下，直接導(dǎo)致軌道電路斷軌不檢查。

因此在工程設(shè)計及施工中要求，客運專線均考慮設(shè)置完全橫向連接，其完全橫向連接之間的間距不應(yīng)小于1.2 km，也不宜大于1.8 km；普速線橫向連接考慮完全橫向連接和簡單橫向連接相結(jié)合的設(shè)置方案，兩個完全橫向連接的距離不小于1 500 m，當(dāng)完全橫向連接之間的間距大于2 km時，兩者之間設(shè)置一處簡單橫向連接，簡單橫向連接之間的距離不低于1 000 m。

3.2 對信號電纜的影響及防護(hù)

交流電力牽引的接觸網(wǎng)對敷設(shè)于鋼軌旁的信號電纜是個影響源。接觸網(wǎng)電壓產(chǎn)生的電場影響，由于電場力線終止于導(dǎo)體的表面和地表面，導(dǎo)體內(nèi)部和大地內(nèi)層無此電場存在，所以，有金屬護(hù)套的電纜或埋于地下的非金屬護(hù)套的電纜都不受電場的影響。應(yīng)考慮的是接觸網(wǎng)電流產(chǎn)生的磁場影響，由于它在信號導(dǎo)線上會產(chǎn)生感應(yīng)縱電動勢，設(shè)計時要對其進(jìn)行計算，以確定信號電纜受磁場影響的大小，如電纜芯線上感應(yīng)的縱電動勢超過危險電壓的容許值（設(shè)計規(guī)范中規(guī)定為60 V）時，應(yīng)采用屏蔽電纜及其他防護(hù)措施，即必須采用鋁護(hù)套電纜，其金屬護(hù)套應(yīng)接地。當(dāng)為多根電纜時，其護(hù)套間應(yīng)設(shè)屏蔽連接。信號干線屏蔽電纜的始、終端應(yīng)設(shè)專用地線防護(hù)，不得接在扼流變壓器中心端子上。

3.3 對相應(yīng)范圍內(nèi)軌旁設(shè)備的影響及防護(hù)

在5 m范圍內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)物，如繼電器箱、局控按鈕盤、發(fā)車表示器、按鈕柱、高站臺的矮型信號機等均須接地，以消除感應(yīng)電壓。并在接觸網(wǎng)斷線或絕緣子損壞時，形成短路，使?fàn)恳冸娝胺謪^(qū)亭中的繼電保護(hù)裝置開關(guān)斷開，接觸網(wǎng)立即停電。

4 結(jié)束語

上述交流電力牽引區(qū)段對信號設(shè)備的影響及防護(hù)措施，是在大量的鐵路工程設(shè)計與施工實際中摸索出來的，對電氣化鐵路的信號工程設(shè)計、施工以及專業(yè)配合具有一定的指導(dǎo)和借鑒作用。

[1]王秉文.6502電氣集中工程設(shè)計[M].北京：中國鐵道出版社，2002.

[2]安海君.25 Hz相敏軌道電路[M] .3版.北京：中國鐵道出版社，2004.

[3] TB10007-2006 鐵路信號設(shè)計規(guī)范[S].