機(jī)車(chē)入庫(kù)電路對(duì)附近軌道電路干擾問(wèn)題研究

張 荃

（中鐵西安勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，西安 710054）

西安局西安機(jī)務(wù)段檢修庫(kù)附近的軌道電路空閑狀態(tài)下，經(jīng)常出現(xiàn)紅光帶現(xiàn)象，電務(wù)段進(jìn)行多次檢修，未發(fā)現(xiàn)信號(hào)軌道電路設(shè)備導(dǎo)致紅光帶產(chǎn)生的明顯問(wèn)題。一次電務(wù)人員在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn),檢修庫(kù)庫(kù)門(mén)開(kāi)合時(shí)與地面產(chǎn)生火花，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)務(wù)段內(nèi)機(jī)車(chē)入庫(kù)電路的電流對(duì)軌道電路設(shè)備產(chǎn)生干擾。

1 機(jī)車(chē)牽引入庫(kù)電路原理研究

機(jī)務(wù)段電力檢修庫(kù)內(nèi)不掛網(wǎng)，但庫(kù)內(nèi)需要對(duì)檢修的機(jī)車(chē)牽引入庫(kù)，并且移動(dòng)對(duì)位。目前牽引電機(jī)為直流電機(jī)的交直傳動(dòng)的內(nèi)燃、電力機(jī)車(chē),其引車(chē)入庫(kù)方式較為簡(jiǎn)單,一般利用由庫(kù)內(nèi)地面三相380 V、50 Hz 電源整流后輸出的低壓可調(diào)直流電源,經(jīng)過(guò)可移動(dòng)的拖線（或牽車(chē)棒）從鋼軌旁的受流鈑條（該受流鈑條為平行于軌道輻射的金屬鈑條）受流（正極）,直接供給牽引電機(jī),經(jīng)鋼軌（負(fù)極）形成回路，根據(jù)需要牽引機(jī)車(chē)左右移動(dòng)到位進(jìn)行檢修，如圖1 所示。

圖1 檢修庫(kù)直流電流回流示意圖Fig.1 Schematic diagram of DC current return paths in maintenance depot

交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)的牽引電機(jī)為三相交流電機(jī),無(wú)法直接在三相交流牽引電機(jī)上加載交流電源（如果用三相電源直接加載牽引電機(jī)供電,沖擊電流將會(huì)達(dá)到上千安以上,而且無(wú)法直接控制牽引電機(jī)轉(zhuǎn)速）[1]。但是可以通過(guò)增加設(shè)備及控制系統(tǒng)，按照交直傳動(dòng)的內(nèi)燃、電力機(jī)車(chē)牽引入庫(kù)的原理牽引機(jī)車(chē)入庫(kù)對(duì)位。

2 機(jī)車(chē)入庫(kù)電路對(duì)信號(hào)設(shè)備的干擾

機(jī)車(chē)入庫(kù)電路的鋼軌旁受流鈑條放置于地面。檢修庫(kù)內(nèi)一般為混凝土地面，受流鈑條通過(guò)庫(kù)門(mén)向庫(kù)外伸出一定距離，并直接裸露放置于地面，正極通過(guò)庫(kù)內(nèi)外地面接地。一般情況下接地電阻比較大，入地電流很小，對(duì)庫(kù)外的信號(hào)設(shè)備影響不大。

但特殊情況下，受流鈑條接地良好，車(chē)庫(kù)大門(mén)又是鐵質(zhì)的，電化區(qū)段要求車(chē)庫(kù)鐵門(mén)必須接地。當(dāng)車(chē)庫(kù)門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí),底面與受流鈑條產(chǎn)生刮蹭，造成良好接地現(xiàn)象。或在潮濕天氣時(shí)[2]，室外若有重物壓到金屬鈑條上，也會(huì)造成良好接地現(xiàn)象。這種特殊情況會(huì)造成直流電源良好接地，大量電流入地經(jīng)鋼軌回負(fù)極。如圖1 中虛線所示。

車(chē)庫(kù)的附近一般都會(huì)設(shè)有軌道電路設(shè)備，電路的直流電流經(jīng)過(guò)有軌道電路的扼流變壓器鋼軌回流時(shí)，對(duì)軌道電路設(shè)備會(huì)產(chǎn)生干擾。當(dāng)兩條鋼軌回歸電流達(dá)到一定的不平衡系數(shù)量時(shí)，軌道繼電器就會(huì)落下，產(chǎn)生紅光帶（軌道電路繼電器錯(cuò)誤動(dòng)作）。這種看似與信號(hào)設(shè)備無(wú)關(guān)的車(chē)庫(kù)內(nèi)機(jī)車(chē)移動(dòng)可調(diào)直流電源，在一定特殊條件下，對(duì)信號(hào)軌道電路設(shè)備產(chǎn)生干擾，并嚴(yán)重影響運(yùn)輸效率。因此，必須采取必要措施避免此現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3 采取的措施

3.1 機(jī)務(wù)段檢修庫(kù)附近信號(hào)設(shè)備應(yīng)采取的措施

首先確定影響范圍。上述對(duì)軌道電路的影響，主要是因?yàn)閹?kù)內(nèi)直流電源的回歸電流所致。回歸電流與大地導(dǎo)電率、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置、距回歸點(diǎn)的距離和入地電流大小都有關(guān)系。因現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，很難精確計(jì)算。只需大體確定影響范圍，即可達(dá)到消除紅光帶，保證運(yùn)輸效率的結(jié)果。

電流從大地回鋼軌主要按e-γL方式分布，γ為軌道傳播常數(shù)，L為該點(diǎn)距回歸點(diǎn)（負(fù)極）的距離，選擇γ為1/km 進(jìn)行估算，經(jīng)計(jì)算后結(jié)果如表1 所示。

表1 鋼軌回歸電流和不平衡電流表Tab.1 Rail return currents and unbalanced electric currents

1)接地電流的選擇

表1 中，接地電流以直流可調(diào)電源的最大電流進(jìn)行計(jì)算，也就是直流可調(diào)電源不同檔位電流可能產(chǎn)生的過(guò)載峰值。

2）直流不平衡電流對(duì)軌道電路的影響

電氣化鐵路25 Hz 相敏軌道電路設(shè)備通過(guò)扼流變壓器接向軌道，電流流經(jīng)扼流變壓器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不平衡電流。

不平衡電流的系數(shù)與鋼軌電流、鋼軌阻抗、鋼軌對(duì)地的接觸電阻、大地導(dǎo)電率、鋼軌連接線等許多因素有關(guān)系。鐵路信號(hào)要求軌道電路縱向不平衡電流系數(shù)不應(yīng)大于5%，大于5%時(shí)就會(huì)對(duì)軌道電路設(shè)備產(chǎn)生干擾[3]。

根據(jù)扼流變壓器的直流磁化條件，不平衡電流小于10 A 時(shí),不會(huì)對(duì)25 Hz 相敏軌道電路產(chǎn)生阻抗的要求。選擇直流不平衡電流10 A 作為界限。以表1 數(shù)值作為參考，確定直流電流對(duì)軌道電路的影響范圍，為確保直流不平衡電流小于10 A，可采取下面措施：a.電氣化區(qū)段采用雙套連接線[4]，即1 套塞釘連接線，1 套軌端焊接線；b.扼流變壓器軌道引接線采用等阻線；c.道岔跳線用加粗的銅線；d.施工工藝的良好等。以上措施都可以有效改善兩根鋼軌不平衡電流的產(chǎn)生。

3.2 機(jī)務(wù)段檢修庫(kù)內(nèi)應(yīng)采取的措施

引起軌道電路紅光帶問(wèn)題主要因?yàn)闄C(jī)務(wù)檢修庫(kù)移動(dòng)機(jī)車(chē)直流電源正極接地導(dǎo)致，因此可采取措施減少或者阻止正極電流入地。

3.2.1 絕緣受流鈑條措施

采用外接電源拖線式機(jī)車(chē)入庫(kù)的方式，可達(dá)到高效、經(jīng)濟(jì)、可靠的目的，此方式不僅西安機(jī)務(wù)段目前應(yīng)用，在全路的應(yīng)用也較為普遍。通過(guò)對(duì)機(jī)車(chē)入庫(kù)電路的分析，要解決入庫(kù)電源電流對(duì)信號(hào)軌道電路的干擾問(wèn)題，可通過(guò)絕緣受流鈑條，來(lái)阻止直流電源入地的方法。

混凝土本身具有較高導(dǎo)電性[5]，因此要求機(jī)務(wù)庫(kù)內(nèi)受流鈑條不能直接放置于混凝土地面。首先，應(yīng)挖設(shè)基礎(chǔ)的溝槽，預(yù)留出機(jī)車(chē)的安全距離，距離線路邊1.2 m,可挖深200 mm，寬400 mm 的溝槽，并在溝內(nèi)放置絕緣線槽，與大地物理隔離。

盡量不要將受流鈑條全部裸露在外，庫(kù)內(nèi)可以改為受流點(diǎn)式。將受流鈑條（正極）放置于絕緣線槽內(nèi)，每隔2～3 m 在受流鈑條上焊接100 mm長(zhǎng)，直徑為50 mm 寬的金屬導(dǎo)電柱[6]，在導(dǎo)電柱涂上絕緣油漆，使導(dǎo)電柱處于絕緣狀態(tài)。導(dǎo)電柱應(yīng)保持于一條直線上，并均勻的分布于受流鈑條。再采用PVC 線槽蓋板將導(dǎo)電柱整體裝入絕緣線槽內(nèi)。PVC 蓋板上用鉆頭鉆出直徑為50 mm 的孔，并將導(dǎo)電柱頂部受流點(diǎn)裸露在外。將線槽用絕緣膠布密封起來(lái)，避免與混凝土地面接觸，保證受流點(diǎn)的絕對(duì)絕緣。利用不低于500 V 的搖表[7]對(duì)導(dǎo)電柱及絕緣線槽進(jìn)行絕緣測(cè)試，要求其絕緣電阻值不低于2 MΩ。

另外，要保證導(dǎo)電柱與檢修庫(kù)的地面在同一水平面，可以采用木頭等絕緣材料墊至受流鈑條底部，來(lái)調(diào)節(jié)導(dǎo)電柱的高度。最后用混凝土對(duì)線槽和基礎(chǔ)溝槽間的縫隙進(jìn)行澆筑，如圖2 所示。澆筑完畢后，利用不低于500 V 的搖表對(duì)導(dǎo)電柱及絕緣線槽再次進(jìn)行絕緣測(cè)試，進(jìn)一步保證絕緣電阻不低于2 MΩ。

圖2 受流鈑條絕緣示意圖Fig.2 Schematic diagram of insulation of current-receiving sheet metal strip

庫(kù)內(nèi)受流鈑條都應(yīng)按上述方式采取絕緣措施。庫(kù)門(mén)和庫(kù)外的受流鈑條應(yīng)加裝絕緣蓋板。庫(kù)門(mén)的底部可刷絕緣油漆，包上絕緣膠帶。另外連接受流鈑條的拖線也應(yīng)做絕緣處理，與地面接觸的拖線部分可加裝木質(zhì)絕緣套，保證拖線對(duì)混凝土地面的絕對(duì)絕緣。

對(duì)受流鈑條、車(chē)庫(kù)大門(mén)和拖線的絕緣措施從根源上解決了直流入地的問(wèn)題，即避免直流電源對(duì)信號(hào)軌道電路設(shè)備的干擾，解決西安機(jī)務(wù)段檢修庫(kù)附近的軌道電路空閑時(shí)出現(xiàn)紅光帶的問(wèn)題。經(jīng)多年的應(yīng)用，證明此絕緣措施安全可靠。

3.2.2 采用其他機(jī)車(chē)入庫(kù)方式解決干擾問(wèn)題

機(jī)車(chē)入庫(kù)的方式有很多種，拖線式只是其中一種，有條件的或新建的檢修庫(kù)可以采取以下方式，避免對(duì)軌道電路的干擾問(wèn)題。

采用內(nèi)燃調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)牽引入庫(kù)的方式。優(yōu)點(diǎn)：這種方式不需地面和機(jī)車(chē)增加任何設(shè)備,對(duì)于機(jī)車(chē)集中配屬模式,投資相對(duì)較少，可杜絕對(duì)軌道電路干擾問(wèn)題。缺點(diǎn)：機(jī)務(wù)段配屬專(zhuān)門(mén)的調(diào)車(chē)機(jī)車(chē),且調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)為內(nèi)燃機(jī)車(chē),會(huì)對(duì)檢修庫(kù)產(chǎn)生空氣污染。另外,當(dāng)機(jī)車(chē)需要在庫(kù)內(nèi)鏇輪時(shí),占用調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)時(shí)間長(zhǎng)。

采用移動(dòng)式接觸網(wǎng)[8]牽引機(jī)車(chē)入庫(kù)方式。庫(kù)內(nèi)架設(shè)移動(dòng)式接觸網(wǎng)方式,在國(guó)外動(dòng)車(chē)檢修基地應(yīng)用的較為普遍,我國(guó)動(dòng)車(chē)檢修基地也采用該種方式。優(yōu)點(diǎn)：這種方式不需機(jī)車(chē)增加任何設(shè)備,適合在交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)檢修基地采用，可杜絕對(duì)軌道電路干擾問(wèn)題。缺點(diǎn)：此方式投資較大,需對(duì)于既有檢修庫(kù)進(jìn)行改造,且機(jī)車(chē)入庫(kù)受接觸網(wǎng)供電影響,另外機(jī)車(chē)鏇修輪對(duì)時(shí)不方便。

4 總結(jié)

軌道電路紅光帶問(wèn)題是電務(wù)經(jīng)常會(huì)遇見(jiàn)的問(wèn)題，由于現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，紅光帶問(wèn)題經(jīng)常困擾著電務(wù)人員。本文通過(guò)對(duì)西安機(jī)務(wù)段附近軌道電路紅光帶問(wèn)題的研究，提出阻止干擾直流電流的絕緣措施，為解決此種條件下軌道電路產(chǎn)生紅光帶問(wèn)題提供一定參考。