50 Hz牽引回流干擾問題的研究與分析

司 靜

(中國鐵路濟南局集團(tuán)有限公司工電檢測所，濟南 250031)

1 概述

電化區(qū)段的50 Hz 牽引電流是把軌道電路中的兩根鋼軌作為回流通道，在機車啟動、制動以及升降弓操作時，構(gòu)成牽引電流的突變，在兩根鋼軌不平衡的條件下，容易產(chǎn)生牽引回流值超標(biāo)、不平衡電流值超標(biāo)或牽引回流不暢通的問題，這類情況會對軌道電路產(chǎn)生電氣化干擾，嚴(yán)重時會燒損軌道電路設(shè)備，導(dǎo)致軌道電路紅光帶，更甚者還會危及作業(yè)人員的人身安全。

電務(wù)檢測車每月對管內(nèi)信號設(shè)備進(jìn)行動態(tài)檢測，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2018 年共檢測出222 件牽引回流問題，2019 年共檢測出230 件牽引回流問題，此類型問題不僅占檢測問題總數(shù)的比重大，且主要集中在干線。同時因牽引回流原理不清楚、不同區(qū)段牽引回流徑路不同、牽引回流通道長、通道上設(shè)備器材多、結(jié)合部涉及專業(yè)多等原因，造成現(xiàn)場人員整治此類問題無從下手、原因定位不準(zhǔn)確，效果不佳。所以研究分析50 Hz 牽引回流干擾產(chǎn)生的原因以及梳理分析查找干擾源的基本方法，對確保軌道電路設(shè)備穩(wěn)定運行非常有必要。

2 50 Hz牽引回流的原理分析

電氣化鐵路牽引電流的做功過程為：國家電網(wǎng)→牽引變電所→饋電線→接觸網(wǎng)→受電弓→電力機車，從而產(chǎn)生牽引動力，如圖1 所示。隨著高速鐵路的發(fā)展，列車密度越來越大，當(dāng)鐵道線上同時運行的列車越多，牽引電流的值就會越大。強大的牽引電流是以鋼軌為主通道進(jìn)行回流的，為了減少鋼軌上的回流，通常每隔一定距離設(shè)置吸上線與回流線相連，實現(xiàn)至牽引變電所的回流。

圖1 電氣化鐵路牽引電流做功過程Fig.1 Conversion process of electrified railway traction current

鋼軌既是牽引回流的傳輸通道，又是軌道電路信號的傳輸通道，所以部分軌道電路信號設(shè)備會參與牽引電流的回流。主要包括軌道電路、扼流變壓器、空芯線圈、鋼軌引接線（等阻線）、鋼軌接續(xù)線、道岔跳線、道岔轉(zhuǎn)極線、橫向連接線等。

通常，對于有機械絕緣節(jié)的軌道電路，采用扼流變壓器導(dǎo)通和平衡牽引電流。在電氣絕緣節(jié)軌道電路區(qū)段，采用空芯線圈實現(xiàn)導(dǎo)通和平衡牽引電流作用，使鋼軌牽引回流向線路前后方同時回流。在復(fù)線區(qū)段，通過空芯線圈或扼流變壓器中心點構(gòu)成上下行線路的橫向連接、完全橫向連接，實現(xiàn)等電位連接。不僅滿足鋼軌牽引電流向本線路前后方同時回流，還能滿足向鄰線的左右方分流，以此減少牽引回流不平衡問題的發(fā)生；在牽引電流返回點，設(shè)置完全橫向連接，通過扼流變壓器中心連接板接至吸上線，然后接入回流線，回流至牽引變電所，以達(dá)到減少鋼軌回流的目的。

站內(nèi)與區(qū)間牽引回流徑路如圖2 所示。

3 產(chǎn)生50 Hz牽引回流干擾的原因分析

圖2 站內(nèi)與區(qū)間牽引回流徑路Fig.2 Traction current return paths at in-station and section

在牽引回流閉環(huán)徑路內(nèi)，若兩條鋼軌上鋼軌阻抗、引接線阻抗、扼流變壓器或空芯線圈阻抗相等，則牽引電流從鋼軌上流入后，方向和大小都相同，電流平衡狀態(tài)下不會對移頻信號產(chǎn)生影響。若存在影響回流暢通的隱患，使?fàn)恳亓髟趦蓷l鋼軌上產(chǎn)生不平衡電流，便會在兩條鋼軌上形成電位差，這個差值就是干擾源。將會在本區(qū)段封閉的軌道電路內(nèi)傳送，影響軌道電路設(shè)備的正常運用。例如：線路對地或線間電壓產(chǎn)生電位差，會危及人身安全；牽引回流不平衡會對機車信號產(chǎn)生干擾、擊穿機械絕緣節(jié)等，影響設(shè)備安全。

想要找出某區(qū)段產(chǎn)生50 Hz 牽引回流干擾的原因，首先要清楚該區(qū)段牽引回流的路徑，了解回流路徑上經(jīng)過哪些回流設(shè)備，用好相應(yīng)的儀表判斷所經(jīng)設(shè)備及連接線的運用狀態(tài)，對癥進(jìn)行整治處理。主要可以從3 方面入手：一是確定干擾范圍。利用兩條鋼軌相同位置點對地電位基本相同的原理，測試干擾電流較大區(qū)域內(nèi)的鋼軌對地不平衡度，可使用移頻表分別測試兩軌條與貫通地線間的電壓；二是查找電流不平衡點?？捎勉Q形表對加裝的雙等阻線、跳線、連接線的電流進(jìn)行測試，確定產(chǎn)生不平衡電流的因素；三是從絕緣入手，用軌道絕緣測試儀測量軌道絕緣，找出絕緣不良處，進(jìn)行處理。

結(jié)合近幾年來處理的50 Hz 牽引回流干擾問題，總結(jié)出易造成牽引回流不平衡的因素如表1 所示?，F(xiàn)場人員在處理此類問題時，可以結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備實際情況，參照表中列出的項點逐項檢查測量，找出干擾原因。

綜合分析，站內(nèi)無岔區(qū)段及區(qū)間軌道區(qū)段產(chǎn)生不平衡牽引電流的因素主要有扼流變壓器、空芯線圈、過軌電纜、軌道絕緣、等阻線、橫向連接線等；道岔區(qū)段產(chǎn)生不平衡牽引電流的因素主要有道岔跳線、道岔轉(zhuǎn)極線、岔芯接續(xù)線、道岔桿件單邊漏泄等。在判斷干擾源時，應(yīng)熟練掌握各項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如絕緣電阻值、塞釘壓降的標(biāo)準(zhǔn)范圍，穿越鋼軌的橫向連接線、扼流變壓器連接線等距軌底的標(biāo)準(zhǔn)距離等，以便于通過檢查測量數(shù)值及時判斷出問題點。

表1 產(chǎn)生不平衡牽引回流的常見因素Tab.1 Common factors generating unbalanced traction current return

4 典型案例

案例一：中國國家鐵路集團(tuán)有限公司綜合檢測列車檢測發(fā)現(xiàn)，大沽河線路所X 到X1LQG 之間有50 Hz 牽引回流干擾，如圖3 所示。

圖3 案例一檢測干擾圖Fig.3 Detection interference diagram of case 1

處理過程：經(jīng)確認(rèn)大沽河線路所X 到X1LQG之間有3 個軌道區(qū)段，位于X 進(jìn)站信號機外方50 m 處有1 處吸上線?，F(xiàn)場車間利用天窗檢查處理，對牽引回流徑路上扼流變壓器連接線及箱盒內(nèi)外螺絲進(jìn)行緊固，未發(fā)現(xiàn)松動隱患；對牽引回流徑路上相關(guān)設(shè)備的引入線進(jìn)行全面檢查，未發(fā)現(xiàn)松脫；繼續(xù)檢查測量過程中發(fā)現(xiàn)X 進(jìn)站信號機處的站內(nèi)扼流變適配器斷路器狀態(tài)不良，且大沽河1#道岔岔后分支并連線為單根。在更換站內(nèi)扼流變適配器、對1#道岔岔后分支并連線進(jìn)行雙套補齊打入處理并對道岔跳線塞釘進(jìn)行錘實緊固后，50 Hz 干擾消除，問題得到解決。

案例二：京滬線兗州7道上行出站道岔區(qū)段有多處50 Hz 牽引回流干擾，如圖4所示。

處理過程：通過檢查測量，確認(rèn)7G 發(fā)送端、55-65DG（55/57#、63/65#交分道岔區(qū)段）、29DG受電端存在20 ～30 mV 的50 Hz 工頻電壓。經(jīng)對29DG 受電端長短等阻線平衡電流測試，發(fā)現(xiàn)近期更換的1 根短等阻線因生產(chǎn)廠家和材質(zhì)不同，電流不平衡。另外兩根長等阻線因1 根破損造成電流不平衡；對交分道岔區(qū)段各部逐項檢查后發(fā)現(xiàn)道岔連接線及跳線狀態(tài)不良。在天窗內(nèi)更換29DG 受電端長、短等阻線；聯(lián)合工務(wù)拆除尖軌/基本軌，更換新的連接線、跳線后，50 Hz 干擾消除，問題得到解決。

案例三：膠濟客專2585G存在50 Hz 牽引回流干擾，且干擾幅值高達(dá)400 mV，如圖5 所示。

圖4 案例二檢測干擾圖Fig.4 Detection interference diagram of case 2

圖5 案例三檢測干擾圖Fig.5 Detection interference diagram of case 3

處理過程：通過回放集中監(jiān)測分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)下行列車占用2585G 時，基本在同一坐標(biāo)的上行2580G 同時有列車通過并占用2580G，初步分析2585G 存在的50 Hz 干擾來自上行2580G。天窗點內(nèi)在距離XK 信號機約900 m處上下行之間設(shè)置空扼流變壓器處，測得上行2580G 電力機車占用時，下行2585G 區(qū)段中50 Hz 干擾電流在1.86 ～5.6 A 之間波動。當(dāng)列車出清上行2580G 時，50 Hz 干擾電流降為0 A，初步判斷干擾源來自上行2580G 區(qū)段空芯線圈與下行2585G 空扼流之間的橫向連接線上。經(jīng)進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)此橫向連接線在上行2580G 軌底使用過軌卡固定，且靠近空芯線圈端由于安裝不當(dāng)，造成該線與空芯線圈長引接線、短引接線線間距只有4 cm 左右，不符合標(biāo)準(zhǔn)。在拆掉橫向連接線過軌卡，將橫向連接線與空芯線圈長短引接線重新隔離安裝，并對橫向連接線進(jìn)行下落、加裝橡膠墊進(jìn)行軌底防護(hù)后，50 Hz 干擾消除，問題得到解決。

5 解決50 Hz干擾問題的注意事項

50 Hz 干擾作為典型性問題，電務(wù)段應(yīng)結(jié)合該類問題的實際整治經(jīng)驗，做好統(tǒng)計分析，分類總結(jié)出站內(nèi)道岔區(qū)段、無岔區(qū)段、股道及區(qū)間出現(xiàn)50 Hz 牽引回流干擾的常見表象和產(chǎn)生原因，梳理統(tǒng)計牽引回流通道上電務(wù)類器材、線纜的正常技術(shù)指標(biāo)。做好現(xiàn)場人員的培訓(xùn)，提高解決牽引回流干擾問題的質(zhì)量和效率。

集中修后加強設(shè)備檢查維護(hù)。每次集中修后，由于進(jìn)行大機搗固、道床清篩等作業(yè)，容易導(dǎo)致牽引回流徑路上的回流設(shè)施連接線、螺絲等出現(xiàn)松動，造成回流不暢，產(chǎn)生50 Hz 干擾。因此建議每次集中修后，現(xiàn)場車間組織力量對線路上的信號設(shè)備回流設(shè)施集中進(jìn)行檢查、整治，確保牽引回流暢通，提前遏制干擾源的出現(xiàn)，防患于未然。

電氣化區(qū)段的50 Hz 牽引電流是把軌道電路中的兩根鋼軌作為回流通道，牽引回路在職責(zé)分工上歸供電部門，且鋼軌基礎(chǔ)設(shè)施歸工務(wù)部門管理，同時像工務(wù)部門安裝的實時斷軌監(jiān)測系統(tǒng)、車輛部門安裝的紅外線監(jiān)測設(shè)備也會對牽引電流回流造成一定影響。因此處理50 Hz 干擾問題時，在排除電務(wù)設(shè)備原因，考慮是結(jié)合部設(shè)備原因后，應(yīng)聯(lián)系相關(guān)專業(yè)部門，共同解決處理。

嚴(yán)格遵守安全規(guī)章制度?，F(xiàn)場作業(yè)人員在更換扼流變壓器等相關(guān)設(shè)備時，必須按規(guī)定加設(shè)兩橫一縱連接線。更換或檢查橫向連接線應(yīng)做到牽引回流回路不中斷，更換或檢查絕緣時應(yīng)做到絕緣兩側(cè)不連通，以保證電氣化區(qū)段軌道電路設(shè)備正常運用和維護(hù)人員的安全。

6 分析處理50 Hz干擾問題的必要性

目前能檢測牽引回流的主要手段是電務(wù)檢測車線上實時檢測，通過分析檢測數(shù)據(jù)可以確認(rèn)被測線路鋼軌的牽引回流幅值及不平衡區(qū)域。牽引電流的回流通暢情況可以反映出電務(wù)設(shè)備各部螺絲的緊固、各種連接線的接觸、桿件絕緣的單邊漏泄、軌端絕緣的單邊漏泄等，所以現(xiàn)場人員應(yīng)重視對50 Hz 干擾問題的整治克服，及時下手，不要等到影響行車的地步再去檢查處理。像鋼軌單邊漏泄、過軌線纜破損、道岔表示桿進(jìn)水、道岔桿件單邊漏泄等問題，就存在造成不平衡電流超標(biāo)、軌道電路閃紅光帶的可能，直接影響正常行車。

隨著生產(chǎn)布局調(diào)整，行車密度加大，干線天窗較之前減少，人員上道時間隨之縮短，在有限天窗內(nèi)提升解決問題的效率變得愈加重要。中國國家鐵路集團(tuán)有限公司工電專業(yè)2019 年重點工作中就提到“要優(yōu)化修程，執(zhí)行精準(zhǔn)維修和預(yù)防性狀態(tài)修，提高作業(yè)質(zhì)量和效率”。運用好檢測監(jiān)測手段，掌握住分析50 Hz 干擾問題的思路和方法，是及時、高效克服設(shè)備隱患的有效方式之一，能提前消除問題苗子，真正實現(xiàn)讓職工少跑路、讓線路多跑車的效果。

7 結(jié)束語

在鐵路迅速發(fā)展的今天，隨著鐵路運營能力的提高，列車速度的不斷提升，牽引供電系統(tǒng)的電力功率越來越大，牽引回流不平衡對信號系統(tǒng)帶來的影響愈加明顯。做好日常電務(wù)設(shè)備維護(hù)、檢修，提前消除影響牽引回流通暢的不利因素，確保牽引回流平衡，能夠提高沿線電氣設(shè)備運行的穩(wěn)定性和安全性，對與牽引回流系統(tǒng)連接的軌道電路設(shè)備起到保護(hù)作用，確保電務(wù)作業(yè)人員的人身安全。