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有限公司工電檢測所，濟南 250031)

1 概述

電化區段的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，構成牽引電流的突變，在兩根鋼軌不平衡的條件下，容易產生牽引回流值超標、不平衡電流值超標或牽引回流不暢通的問題，這類情況會對軌道電路產生電氣化干擾，嚴重時會燒損軌道電路設備，導致軌道電路紅光帶，更甚者還會危及作業人員的人身安全。

電務檢測車每月對管內信號設備進行動態檢測，根據檢測數據統計，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、不同區段牽引回流徑路不同、牽引回流通道長、通道上設備器材多、結合部涉及專業多等原因，造成現場人員整治此類問題無從下手、原因定位不準確，效果不佳。所以研究分析50 Hz 牽引回流干擾產生的原因以及梳理分析查找干擾源的基本方法，對確保軌道電路設備穩定運行非常有必要。

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→牽引變電所→饋電線→接觸網→受電弓→電力機車，從而產生牽引動力，如圖1 所示。隨著高速鐵路的發展，列車密度越來越大，當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行回流的，為了減少鋼軌上的回流，通常每隔一定距離設置吸上線與回流線相連，實現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）、鋼軌接續線、道岔跳線、道岔轉極線、橫向連接線等。

通常，對于有機械絕緣節的軌道電路，采用扼流變壓器導通和平衡牽引電流。在電氣絕緣節軌道電路區段，采用空芯線圈實現導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。在復線區段，通過空芯線圈或扼流變壓器中心點構成上下行線路的橫向連接、完全橫向連接，實現等電位連接。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生；在牽引電流返回點，設置完全橫向連接，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，以達到減少鋼軌回流的目的。

站內與區間牽引回流徑路如圖2 所示。

3 產生50 Hz牽引回流干擾的原因分析

圖2 站內與區間牽引回流徑路Fig.2 Traction current return paths at in-station and section

在牽引回流閉環徑路內，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，電流平衡狀態下不會對移頻信號產生影響。若存在影響回流暢通的隱患，使牽引回流在兩條鋼軌上產生不平衡電流，便會在兩條鋼軌上形成電位差，這個差值就是干擾源。將會在本區段封閉的軌道電路內傳送，影響軌道電路設備的正常運用。例如：線路對地或線間電壓產生電位差，會危及人身安全；牽引回流不平衡會對機車信號產生干擾、擊穿機械絕緣節等，影響設備安全。

想要找出某區段產生50 Hz 牽引回流干擾的原因，首先要清楚該區段牽引回流的路徑，了解回流路徑上經過哪些回流設備，用好相應的儀表判斷所經設備及連接線的運用狀態，對癥進行整治處理。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域內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。可用鉗形表對加裝的雙等阻線、跳線、連接線的電流進行測試，確定產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，進行處理。

結合近幾年來處理的50 Hz 牽引回流干擾問題，總結出易造成牽引回流不平衡的因素如表1 所示。現場人員在處理此類問題時，可以結合現場設備實際情況，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，站內無岔區段及區間軌道區段產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；道岔區段產生不平衡牽引電流的因素主要有道岔跳線、道岔轉極線、岔芯接續線、道岔桿件單邊漏泄等。在判斷干擾源時，應熟練掌握各項技術標準，如絕緣電阻值、塞釘壓降的標準范圍，穿越鋼軌的橫向連接線、扼流變壓器連接線等距軌底的標準距離等，以便于通過檢查測量數值及時判斷出問題點。

表1 產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：中國國家鐵路集團有限公司綜合檢測列車檢測發現，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：經確認大沽河線路所X 到X1LQG之間有3 個軌道區段，位于X 進站信號機外方50 m 處有1 處吸上線。現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外螺絲進行緊固，未發現松動隱患；對牽引回流徑路上相關設備的引入線進行全面檢查，未發現松脫；繼續檢查測量過程中發現X 進站信號機處的站內扼流變適配器斷路器狀態不良，且大沽河1#道岔岔后分支并連線為單根。在更換站內扼流變適配器、對1#道岔岔后分支并連線進行雙套補齊打入處理并對道岔跳線塞釘進行錘實緊固后，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7G 發送端、55-65DG（55/57#、63/65#交分道岔區段）、29DG受電端存在20 ～30 mV 的50 Hz 工頻電壓。經對29DG 受電端長短等阻線平衡電流測試，發現近期更換的1 根短等阻線因生產廠家和材質不同，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；對交分道岔區段各部逐項檢查后發現道岔連接線及跳線狀態不良。在天窗內更換29DG 受電端長、短等阻線；聯合工務拆除尖軌/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：通過回放集中監測分析，發現當下行列車占用2585G 時，基本在同一坐標的上行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。天窗點內在距離XK 信號機約900 m處上下行之間設置空扼流變壓器處，測得上行2580G 電力機車占用時，下行2585G 區段中50 Hz 干擾電流在1.86 ～5.6 A 之間波動。當列車出清上行2580G 時，50 Hz 干擾電流降為0 A，初步判斷干擾源來自上行2580G 區段空芯線圈與下行2585G 空扼流之間的橫向連接線上。經進一步檢查發現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，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，不符合標準。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，并對橫向連接線進行下落、加裝橡膠墊進行軌底防護后，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，電務段應結合該類問題的實際整治經驗，做好統計分析，分類總結出站內道岔區段、無岔區段、股道及區間出現50 Hz 牽引回流干擾的常見表象和產生原因，梳理統計牽引回流通道上電務類器材、線纜的正常技術指標。做好現場人員的培訓，提高解決牽引回流干擾問題的質量和效率。

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

電氣化區段的50 Hz 牽引電流是把軌道電路中的兩根鋼軌作為回流通道，牽引回路在職責分工上歸供電部門，且鋼軌基礎設施歸工務部門管理，同時像工務部門安裝的實時斷軌監測系統、車輛部門安裝的紅外線監測設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，在排除電務設備原因，考慮是結合部設備原因后，應聯系相關專業部門，共同解決處理。

嚴格遵守安全規章制度。現場作業人員在更換扼流變壓器等相關設備時，必須按規定加設兩橫一縱連接線。更換或檢查橫向連接線應做到牽引回流回路不中斷，更換或檢查絕緣時應做到絕緣兩側不連通，以保證電氣化區段軌道電路設備正常運用和維護人員的安全。

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檢測車線上實時檢測，通過分析檢測數據可以確認被測線路鋼軌的牽引回流幅值及不平衡區域。牽引電流的回流通暢情況可以反映出電務設備各部螺絲的緊固、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，所以現場人員應重視對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、道岔表示桿進水、道岔桿件單邊漏泄等問題，就存在造成不平衡電流超標、軌道電路閃紅光帶的可能，直接影響正常行車。

隨著生產布局調整，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，在有限天窗內提升解決問題的效率變得愈加重要。中國國家鐵路集團有限公司工電專業2019 年重點工作中就提到“要優化修程，執行精準維修和預防性狀態修，提高作業質量和效率”。運用好檢測監測手段，掌握住分析50 Hz 干擾問題的思路和方法，是及時、高效克服設備隱患的有效方式之一，能提前消除問題苗子，真正實現讓職工少跑路、讓線路多跑車的效果。

7 結束語

在鐵路迅速發展的今天，隨著鐵路運營能力的提高，列車速度的不斷提升，牽引供電系統的電力功率越來越大，牽引回流不平衡對信號系統帶來的影響愈加明顯。做好日常電務設備維護、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備運行的穩定性和安全性，對與牽引回流系統連接的軌道電路設備起到保護作用，確保電務作業人員的人身安全。