牽引供電回流對(duì)信號(hào)設(shè)備的干擾分析與應(yīng)對(duì)措施

徐炳輝 尹 明

徐炳輝:朔黃鐵路原平分公司 高級(jí)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(shè)備回流對(duì)軌道電路的干擾

牽引供電回流對(duì)信號(hào)設(shè)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(hào)電流，又要傳輸牽引供電回流，也就是說(shuō)在鋼軌中有多種頻率不同、電壓不同的電流在同時(shí)傳輸，這樣就造成了相互間的干擾，特別是牽引回流對(duì)信號(hào)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(jìn)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(dòng)消失。經(jīng)檢查、測(cè)試，該軌道電路所有數(shù)據(jù)均正常;對(duì)該區(qū)段及相鄰區(qū)段的絕緣、跳線及引接線進(jìn)行檢查測(cè)試，也未發(fā)現(xiàn)有異常情況。后經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)108號(hào)網(wǎng)桿地線阻值為0 Ω，可以確定是108號(hào)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(dòng)，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(shè)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(dāng)接地裝置的火花間隙失效，或有些桿塔不經(jīng)過(guò)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(gè)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(huì)造成軌道電路紅光帶。另外，當(dāng)機(jī)車發(fā)生受電弓支持絕緣閃絡(luò)、放電間隙擊穿等接地故障時(shí)，巨大的短路電流會(huì)瞬間使火花間隙擊穿，也會(huì)影響到信號(hào)設(shè)備。

3．應(yīng)對(duì)措施。對(duì)牽引供電設(shè)備中的火花間隙和地線進(jìn)行全面的檢查、測(cè)試，堅(jiān)決杜絕鋼軌直接連接地線的現(xiàn)象。同時(shí)對(duì)軌道電路位置的火花間隙進(jìn)行周期性的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)火花間隙不良的及時(shí)聯(lián)系供電部門(mén)進(jìn)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(shè)置不當(dāng)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(shí)間內(nèi)出現(xiàn)紅光帶。經(jīng)信號(hào)人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn):供電部門(mén)進(jìn)行檢修作業(yè)時(shí)，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(shí)再對(duì)某分區(qū)亭設(shè)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(kāi)，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(guò)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(yuǎn)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(yīng)對(duì)措施。上述故障是由供電專業(yè)檢修時(shí)地線設(shè)置位置引起的。應(yīng)采取供電和信號(hào)專業(yè)聯(lián)合調(diào)查后，再確定地線設(shè)置地點(diǎn)，以確保此類問(wèn)題不再發(fā)生。如果信號(hào)部門(mén)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(yīng)及時(shí)聯(lián)系供電部門(mén)共同查找，要及時(shí)拆除地線以及所有可能影響軌道電路工作的設(shè)備，以便縮短故障延時(shí)。

1.3 供電變電所處鋼軌回流設(shè)備設(shè)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(dāng)供電回流地線連接扼流變壓器中心連接板時(shí)，牽引電流與軌道電路的信號(hào)電流在扼流變壓器內(nèi)進(jìn)行了分離，并且信號(hào)電流經(jīng)過(guò)抗干擾設(shè)備，減小了牽引電流對(duì)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(hào)電流未經(jīng)分離，就會(huì)使?fàn)恳亓鲗?duì)軌道電路的信號(hào)電流造成很大影響，最終影響到軌道電路的正常工作。

3．應(yīng)對(duì)措施。要求供電部門(mén)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(shè)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(shè)置了吸上線，造成該區(qū)段發(fā)生斷軌故障時(shí)，不能顯示紅光帶，無(wú)法實(shí)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(diǎn)(即鋼軌折斷)，直接反應(yīng)就是軌道繼電器落下，控制臺(tái)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(shí)連接吸上線，在一側(cè)鋼軌出現(xiàn)斷軌時(shí)，軌道電路可以通過(guò)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(wú)法實(shí)現(xiàn)其斷軌檢查。

3．應(yīng)對(duì)措施。杜絕在同一軌道區(qū)段兩端同時(shí)設(shè)置回流線，以確保實(shí)現(xiàn)斷軌檢查的功能。

1.5 極端情況下?tīng)恳亓鞑粫吃斐稍O(shè)備故障

1．故障現(xiàn)象。某站在站內(nèi)正線上、下行線分別設(shè)置了吸上線并進(jìn)行了橫向連接，對(duì)岔區(qū)側(cè)線部分未設(shè)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(dāng)一臺(tái)電力機(jī)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(guò)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(shí)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(guò)橫線連接線到達(dá)正線，經(jīng)正線部分設(shè)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(guò)大，會(huì)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(dú)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(duì)信號(hào)設(shè)備形成保護(hù)，減小牽引回流對(duì)信號(hào)設(shè)備的干擾和影響，減少設(shè)備故障和壓縮故障影響范圍。

2 供電設(shè)備對(duì)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(yīng)等于接觸線轉(zhuǎn)化的電流。鋼軌可作為回流的導(dǎo)體，但由于鋼軌敷設(shè)在地面上，長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(chǎng)和產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，接觸網(wǎng)與地回路，軌道與地回路存在感性耦合，必然導(dǎo)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(gè)均勻介質(zhì)，土壤導(dǎo)電率的值處處隨土質(zhì)而異。特別是當(dāng)?shù)叵略O(shè)有金屬表皮電纜或貫通地線時(shí)，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(duì)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(dāng)對(duì)地電壓超過(guò)規(guī)定值時(shí)就造成了設(shè)備的安全隱患，嚴(yán)重時(shí)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(cè)試查找確定位置在某橋梁上的電纜槽內(nèi)。經(jīng)過(guò)對(duì)該橋梁電纜槽開(kāi)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(guò)時(shí)橋梁晃動(dòng)造成長(zhǎng)時(shí)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(hào)機(jī)電纜燒損，SN進(jìn)站信號(hào)機(jī)不能開(kāi)放。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)故障電纜與站內(nèi)貫通地線(鉛包銅線，外皮導(dǎo)電)在橋上同一電纜槽(鋼槽)內(nèi)敷設(shè)。電纜槽與貫通地線存在壓差(最大值達(dá)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(yán)重，造成內(nèi)部芯線絕緣不良、短路，與電纜鋼帶相連，最終導(dǎo)致對(duì)地絕緣不良。

以上的2起故障都是因供電進(jìn)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(duì)地電壓，與完全接地體接觸時(shí)發(fā)生放電，最終燒損電纜。針對(duì)此類故障首先供電部門(mén)要對(duì)沿線供電吸上線進(jìn)行檢查，要求站內(nèi)正線上、下行進(jìn)站信號(hào)機(jī)附近各有1處吸上線，區(qū)間每2 km設(shè)1處吸上線，保證回流通暢，減小進(jìn)入大地的牽引回流。信號(hào)部門(mén)應(yīng)采取將設(shè)備貫通地線做好絕緣防護(hù)，更換電纜鋼槽為復(fù)合槽，將電纜槽固定螺栓更換為絕緣螺栓等針對(duì)性措施，消除故障隱患。

2.2 設(shè)置要求

綜上所述，為保證信號(hào)設(shè)備在正常和極端情況下的穩(wěn)定運(yùn)行，減小供電牽引回流對(duì)信號(hào)設(shè)備的干擾，對(duì)供電吸上線的設(shè)置要求如下。

1．站內(nèi)正線和側(cè)線的吸上線必須分開(kāi)設(shè)置，將正線與側(cè)線之間的橫向連接線斷開(kāi)，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(yīng)≤2 km，如因地形影響無(wú)法滿足上述要求，應(yīng)設(shè)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(yīng)滿足機(jī)車在任何位置，前方、后方都有回流通道，在一個(gè)回流通道中斷的情況下，不會(huì)影響正常牽引回流。

4．應(yīng)在供電和信號(hào)專業(yè)聯(lián)合調(diào)查后，確定地線設(shè)置地點(diǎn)，以避免地線設(shè)置不當(dāng)影響軌道電路正常工作。

5．應(yīng)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(duì)軌道電路的不良影響。

通過(guò)以上的故障案例，可以看出供電設(shè)備牽引回流對(duì)信號(hào)設(shè)備造成影響是嚴(yán)重的，但是只要供電部門(mén)和信號(hào)部門(mén)加強(qiáng)協(xié)作，不斷消除故障隱患，必定能夠確保設(shè)備的正常運(yùn)行。

［1］ 董玉璽．電化區(qū)段如何避免牽引回流對(duì)軌道電路的影響［J］ ．鐵道通信信號(hào)，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(xué)學(xué)報(bào)，1994(02).

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