電氣牽引電流對信號設(shè)備干擾原因分析及處置方案

李明光

(中國鐵路南昌局集團(tuán)有限公司，南昌 330000)

隨著電氣化的普及，電氣化牽引電流對信號設(shè)備正常工作的干擾問題突出，是高鐵聯(lián)調(diào)聯(lián)試、現(xiàn)場信號設(shè)備維護(hù)和故障處理的難點(diǎn)。本文就電氣化牽引電流對信號設(shè)備正常工作的干擾類型、典型案例分析和解決方案進(jìn)行總結(jié)。

1 電氣化牽引電流干擾信號設(shè)備類型

牽引回流通道不暢影響軌道電路工作或燒損信號設(shè)備：大型站場吸上線設(shè)計(jì)數(shù)量少或位置不合理，導(dǎo)致站場某股道回流路徑長；牽引回流經(jīng)過道岔折角迂回；回流通道中扼流變、引接線等信號設(shè)備接觸不良。這些因素造成回流通道出現(xiàn)工頻浪涌電流時(shí)，軌道電路出現(xiàn)閃紅光帶或燒損鋼軌絕緣故障。

鋼軌中電流不平衡系數(shù)超標(biāo)影響軌道電路正常工作：工務(wù)膠墊絕緣不良、扣件安裝碰鋼軌、道碴碰軌底、信號設(shè)備特性參數(shù)等均能導(dǎo)致兩條鋼軌對地阻抗不平衡，從而導(dǎo)致兩根鋼軌中的牽引回流不平衡。當(dāng)兩軌不平衡系數(shù)超過上限值時(shí)，影響軌道電路正常工作，造成閃紅光帶故障。

道岔側(cè)向或渡線作為牽引回流通道引起牽引電流諧波干擾：道岔由于結(jié)構(gòu)原因致使在岔內(nèi)牽引回流諧波經(jīng)鋼軌感性與道岔岔芯容性形成諧振，放大1700 ～2600 Hz 諧波幅值，在C0 區(qū)段運(yùn)行LKJ控車時(shí)，200H 動(dòng)車組ATP 的機(jī)感線圈（STM）接收到牽引回流中該諧波，ATP 搶權(quán)觸發(fā)EB 制動(dòng)，造成動(dòng)車組停車。

工頻感應(yīng)電壓引起防雷元件燒損或斷路器跳開：普鐵線路車站綜合接地系統(tǒng)整治標(biāo)準(zhǔn)低，施工不規(guī)范導(dǎo)致信號設(shè)備受到牽引回流工頻電壓干擾。如信號電纜引入機(jī)械室未做一次成端或一次成端制作不規(guī)范，區(qū)間站聯(lián)電纜未分割，電纜鎧帶未進(jìn)行單端接地，在電纜絕緣下降情況下，電纜芯線有較高工頻感應(yīng)電壓，造成易遭牽引回流竄入信號傳輸通道燒損信號設(shè)備。

2 電氣化干擾產(chǎn)生的不同場景及原因分析

南昌西高速場股道處絕緣節(jié)頻繁燒損故障。自開通以來，該場X14～X19 信號機(jī)處軌道絕緣節(jié)頻繁燒損，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查、測試、分析，站內(nèi)牽引回流通道按“接斷發(fā)連”技術(shù)要求設(shè)計(jì)。如圖1 所示，14-19 道發(fā)車時(shí)牽引回流需經(jīng)高速場發(fā)車端經(jīng)吸上線返回變電所（如圖1（a）中紅線），回流通道長約3000 m，而股道接車進(jìn)路上絕緣節(jié)（斷開處）與牽引變電所回流通道僅為300 m 左右（如圖1（b）中藍(lán)線）。經(jīng)測試14-19 道接車進(jìn)路上絕緣節(jié)（斷開處）兩端有不等電壓差，峰值可達(dá)150 V，該電壓長期加在膠接絕緣節(jié)兩端導(dǎo)致絕緣節(jié)燒損。對南昌西高速場回流通道進(jìn)行優(yōu)化，在接車進(jìn)路上X15、X18 信號機(jī)處扼流變加裝中聯(lián)板，拆除223#至235#道岔間581 處扼流變中聯(lián)板，整改后回流通道通過新增的扼流變中聯(lián)板就近回流，縮短14、16、17、19G 股道回流通道的距離，拉低其接車端絕緣節(jié)兩端壓差，減少絕緣節(jié)燒損的故障。

橫崗站受諧波干擾動(dòng)車組停車故障。京九線橫崗站與杭長、昌贛客專銜接，3 個(gè)方向6 條正線引入。在杭長、昌贛引入改造過程中，C0 區(qū)段頻繁發(fā)生200H 動(dòng)車組接收到2000 Hz 諧波干擾信號制動(dòng)停車故障。如圖2 所示，該站10/12#道岔(18號)曲股渡線為牽引回流通道,道岔結(jié)構(gòu)使得牽引回流存在20 ～50 m 的流向相反不平衡區(qū)域，兩道岔加渡線導(dǎo)致鋼軌牽引回流不平衡區(qū)域增加，其牽引回流中移頻干擾諧波被STM 接收，造成200H型動(dòng)車組在C0 區(qū)段運(yùn)行時(shí)，ATP 制動(dòng)停車。經(jīng)測試分析可知, 在兩道岔間92.5 m 范圍內(nèi)兩軌中，牽引回流嚴(yán)重不平衡 (左軌77.2 A，右軌52.4 A)，在分線盤送端2000 Hz 干擾信號電壓幅值9.1 V，受端干擾信號幅值6.8 V。在斷開渡線絕緣節(jié)處中連板, 增加SJ-SH 處橫向連接線后，如圖2 所示，使?fàn)恳亓魍ǖ缽牡啦矶删€改為正線回流，送端移頻干擾信號電壓幅值1.5 V，下降了83%，受端移頻干擾信號幅值1.8 V，下降了73%，未再發(fā)生動(dòng)車停車故障。

福州南動(dòng)車所受諧波干擾動(dòng)車組停車故障。福州南動(dòng)車所供電27.5 kV 供電饋纜鄰近軌道電路區(qū)段敷設(shè)，其饋纜中大電流產(chǎn)生的頻率1750 Hz 干擾諧波信號，通過空間磁場耦合至鄰近軌道電路區(qū)段，如圖3 所示，動(dòng)車組STM 接收該頻率造成制動(dòng)停車故障。經(jīng)測試，受干擾軌道電路區(qū)段軌面干擾電壓幅值區(qū)間227 ～1493 mV，分線盤接收端干擾電壓幅值區(qū)間6436 ～42326 mV。利用單端接地的U 型鐵皮對供電饋纜進(jìn)行屏蔽，軌道電路區(qū)段軌面干擾電壓幅值區(qū)間3 ～81 mV，干擾電壓幅值最大值下降了91%；分線盤接收端干擾電壓降為80 ～2284 mV，下降了94%，解決了動(dòng)車組STM 接收空間電磁干擾導(dǎo)致停車故障。

閩候站牽引電流不平衡紅光帶故障。該站3、4G 向福州方向發(fā)車時(shí)，多次發(fā)生列車經(jīng)4/6 道岔反位出清4-10DG 后，該區(qū)段紅光帶不滅故障。交叉渡線電氣化區(qū)段增加的切割絕緣（a、b）安裝靠近交叉渡線次要線路側(cè)，如圖4 所示，當(dāng)3G、4G 向福州方向發(fā)車時(shí)，列車輪對1、2 運(yùn)行在長度7.3 m的死區(qū)段內(nèi)，牽引回流如圖4 中紅、藍(lán)線所示，造成4-10DG，6-8DG 區(qū)段內(nèi)單邊鋼軌回流，牽引回流不平衡形成差模電壓信號，造成斷路器跳開，導(dǎo)致列車過后4-10DG 紅光帶保留。通過將閩侯站4-10DG 區(qū)段電氣化增加的切割絕緣（a、b）安裝移設(shè)靠近交叉渡線正線側(cè)，如圖5 所示，死區(qū)段長度縮短為3 m，將7.3 m 死區(qū)段調(diào)至調(diào)車牽引電流小的8/10 道岔方向，如圖5 中紅、藍(lán)線所示，4-10DG，6-8DG 區(qū)段內(nèi)鋼軌牽引回流平衡受影響時(shí)間短，故障消除。

圖1 南昌西高速場回流整改前、后示意圖Fig.1 Schematic diagram of Nanchang West high-speed depot before and after the backflow rectification

滬昆線羅坊站站聯(lián)斷路器跳開及燒損防雷元件故障。經(jīng)調(diào)查測試分析，有以下5 個(gè)方面原因造成牽引電流反串至電纜芯線上有較高工頻感應(yīng)電壓（最髙72 V），導(dǎo)致防雷元件劣化短路，斷路器跳開。一是車站附近設(shè)有牽引供電所，地電位較高。二是站聯(lián)電纜地下接頭多且使用年限長，電氣絕緣性能下降。三是電纜方向盒中電纜鎧帶未分段斷開并單端接地。四是滬昆線各站綜合防雷系統(tǒng)前期設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，電纜引入間未做一次成端。五是兩站綜合防雷系統(tǒng)FLE、DLE、防雷地線、機(jī)柜地線嚴(yán)重混接。通過對問題進(jìn)行整改，電纜芯線上感應(yīng)干擾電壓值明顯下降，問題得以解決。

圖2 橫崗站10/12#道岔(18號)曲股為回流通道整治前、后示意圖Fig.2 Schematic diagram before and after regulation when the curve track with turnout 10/12 # (No. 18) is the backflow channel at Henggang station

圖3 福州南動(dòng)車所1-7DG干擾原理示意圖Fig.3 Principle diagram of the interference on 1-7DG of Fuzhou South DMU depot

圖4 故障時(shí)牽引回流示意圖Fig.4 Schematic diagram of traction backflow in case of failure

圖5 整治后牽引回流示意圖Fig.5 Schematic diagram of traction backflow after rectification

向西樞紐站電氣化改造后頻遭雷擊及燒損信號設(shè)備故障。向西編組場由線路所，Ⅰ、Ⅱ/Ⅲ、Ⅳ/Ⅷ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ場組成的大型樞紐編組場,多年來經(jīng)常發(fā)生不明原因的軌道電路閃紅光帶故障和雷擊時(shí)燒損設(shè)備。調(diào)查分析原因：由于方向多，站場排列復(fù)雜，場—場間，場步站間聯(lián)絡(luò)線多；電氣化改造時(shí)，站場分步開通方式導(dǎo)致牽引回流通道過渡措施多。而在開通后沒有對全站(場)牽引回流通道的合理性綜合分析，相關(guān)過渡措施沒有及時(shí)拆除,致使?fàn)恳亓魍ǖ涝O(shè)置不盡合理，并留下安全隱患。經(jīng)組織系統(tǒng)對各站場牽引回流通道及吸上線進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)有牽引回流通道28 處、吸上線6處設(shè)置不合理；經(jīng)優(yōu)化，移設(shè)橫連線14 根，增加橫連線2 根，移設(shè)中連板1 處，拆除中連板9 處，移設(shè)扼流變4 處，增設(shè)末端封閉線及絕緣5 處，移設(shè)吸上線3 處，拆除吸上線3 處，增設(shè)軌回流線2處。自整改后，再未發(fā)生軌道電路因牽引回流和雷擊影響的閃紅光帶故障。

橫崗站牽引回流經(jīng)道岔折角回流導(dǎo)致動(dòng)車組停車故障。道岔曲股是牽引回流通道，道岔曲股切割絕緣至岔心段有20 ～50 m 不等長度存在相反方向的牽引回流（如圖6 黃綠線所示）。該道岔是拼裝岔芯，拼裝岔芯的容性放大了牽引回流的諧波幅值，200H 動(dòng)車組受2000 Hz 諧波干擾信號導(dǎo)致停車。通過對道岔區(qū)段參照ZPW-2000A 在道岔區(qū)段加裝并聯(lián)短跳線如圖7 紅線所示，拼裝岔芯按標(biāo)準(zhǔn)圖安裝短跳線，問題得以解決。

圖6 道岔岔芯段長度不等牽引回流相反示意圖Fig.6 Schematic diagram of reverse traction backflow of unequal length at the core sectionof turnout

圖7 道岔岔芯段長度不等牽引回流相反整改示意圖Fig.7 Schematic diagram of reverse traction backflow of unequal length at the core sectionof turnout after rectification

3 處置電氣化干擾的一般性方法

牽引回流就近回變電所原則。根據(jù)牽引變電所設(shè)置位置考慮回流通道設(shè)計(jì)，靈活執(zhí)行“接斷發(fā)連”技術(shù)政策，縮短牽引回流通道回所距離。

平衡鋼軌回流，確保牽引回流不平衡系數(shù)達(dá)標(biāo)。減少牽引回流經(jīng)道岔折角或經(jīng)雙動(dòng)道岔渡線作回流通道，工務(wù)膠墊、扣件完整良好、安裝正確，石碴與鋼軌保持間距，無金屬單邊物接觸鋼軌，吸上線接觸良好，確保扼流變壓器繞圈參數(shù)達(dá)標(biāo)等方式保證鋼軌的牽引回流平衡。

抑制諧波幅值。各種站場嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、施工整站綜合防雷系統(tǒng)，確保貫通地線敷設(shè)良好，提高高鐵與普鐵接軌站、動(dòng)車所綜合接地防雷標(biāo)準(zhǔn)，接口站綜合貫通地線與牽引變電所地網(wǎng)連接，降低地電位。

暢通干擾電流入地通道。嚴(yán)格執(zhí)行信號機(jī)房綜合接地施工工藝標(biāo)準(zhǔn)，單獨(dú)設(shè)置電纜間，做好電纜引入一次成端、分線柜二次成端和室外方向盒成端接地。特別是在維修更換或者接續(xù)電纜時(shí)，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行距機(jī)械室近端接地要求。

綜合考慮分步開通樞紐站場牽引回流通道。大型樞紐和編組場，施工周期長，往往需分步開通，大型站場分步開通啟用時(shí)和全場完全開通啟用后，都應(yīng)進(jìn)行電氣化牽引回流通道專項(xiàng)梳理、復(fù)核優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)整改，確保各分步開通吸上線布置合理，牽引回流暢通。

銜接高鐵的C0 普鐵站應(yīng)采用ZPW-2000 一體化軌道電路。當(dāng)采用25 Hz 軌道電路疊加發(fā)碼時(shí)，不應(yīng)利用道岔曲股渡線作為牽引回流和發(fā)碼通道，拼裝岔芯的道岔加裝短跳線使?fàn)恳亓鞣较蛞恢虏?yán)格按道岔區(qū)段跳線標(biāo)準(zhǔn)圖安裝。

防范供電饋纜諧波干擾信號設(shè)備。27.5kV 分相區(qū)供電饋纜避免與軌道電路等信號設(shè)備近距離平行敷設(shè)，并充分考慮牽引大電流諧波干擾信號設(shè)備正常工作的有效防護(hù)措施。

4 總結(jié)

電氣化牽引回流干擾信號設(shè)備正常運(yùn)用方式多樣，情況復(fù)雜，處理難度大，需要根據(jù)現(xiàn)場具體情況具體分析，采取平衡牽引回流、暢通回流通道、縮短回流通道、降低干擾幅值、優(yōu)化室外泄流環(huán)境等方法進(jìn)行解決。但更重要的是在工程設(shè)計(jì)階段增加電務(wù)與供電結(jié)合部專項(xiàng)綜合考慮，在信號專業(yè)施工圖審查時(shí)將電氣化牽引回流干擾進(jìn)行專項(xiàng)審查，嚴(yán)格按照工藝規(guī)范施工，才能從源頭上解決電氣化牽引電流對信號設(shè)備的干擾。