交流電力牽引區段對信號設備的影響及防護

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兩大部分組成的。鐵路牽引供電系統本身并不產生電能，而是將國家電力系統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備的主要影響

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

有害影響源的有效參數包括：牽引供電網的電壓；工作電流及相關磁場；短路電流及短路電流有效持續時間；工作電流的高次諧波；弓網之間產生的電弧，牽引供電網或牽引車輛上開關設備切換引起的高頻干擾電磁場；干擾源與被干擾設備的幾何位置關系等。

對通信、信號系統的有害影響又分為危險影響和干擾影響。

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

干擾影響同危險影響類似，是接觸網通過感性、容性耦合在通信、信號線路上產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計規范中制定專門有針對性的控制標準和防護措施。

3 交流電力牽引區段對信號設備影響及防護

3.1 對軌道電路設備的影響及防護

交流電化區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具備抗牽引電流干擾的能力。當軌道電路的接收設備在調整狀態時，不因干擾而錯誤失磁；在分路狀態時，不因干擾而使軌道繼電器錯誤保持吸起。因此，應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、能疊加電碼，而且設備簡單，維修方便，最好能做到一次調整。目前，國內大量使用25 H z相敏軌道電路，也可采用高壓不對稱脈沖軌道電路、站內電化移頻，以及國外多種類型的軌道電路。

3.1.1 側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，站內一般采用雙軌條軌道電路，在絕緣節處加裝扼流變壓器，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，在側線1G處送受電端都裝有扼流變壓器（即雙扼流），當BE一處斷線時，則構成如圖1中虛線所示的信號電流經由各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正線。另外，當電力機車升弓或出發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，控制臺上出現紅光帶，這將影響運輸效率。因此，對于特大站，應與接觸網專業協商，請其增設回流點。

3.1.2 交叉渡線軌道電路引起的問題

設有交叉渡線的軌道電路，若按非電化區段布置鋼軌絕緣，則會在上、下兩個區段（A段及B段）軌道電路有一根鋼軌相連如圖2所示。在電氣化區段因設有扼流變壓器，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致岔擋的分割沒起作用，兩個軌道電路區段串通。

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

3.1.3 橫向連接設置引起的問題

橫向連接是電力牽引區段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；產生保護性柵格以抵抗電壓浪涌；用于疏導牽引電流，構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置的，但若設置地點距進站信號機的距離較近，也可能與站內的橫向牽引連接線或與吸上線構成串流電路，在斷軌時使軌道繼電器保持吸起不落下，直接導致軌道電路斷軌不檢查。

因此在工程設計及施工中要求，客運專線均考慮設置完全橫向連接，其完全橫向連接之間的間距不應小于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合的設置方案，兩個完全橫向連接的距離不小于1 500 m，當完全橫向連接之間的間距大于2 km時，兩者之間設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

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

3.3 對相應范圍內軌旁設備的影響及防護

在5 m范圍內的金屬結構物，如繼電器箱、局控按鈕盤、發車表示器、按鈕柱、高站臺的矮型信號機等均須接地，以消除感應電壓。并在接觸網斷線或絕緣子損壞時，形成短路，使牽引變電所及分區亭中的繼電保護裝置開關斷開，接觸網立即停電。

4 結束語

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

[1]王秉文.6502電氣集中工程設計[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 鐵路信號設計規范[S].