接觸網作業中軌道電路紅光帶故障分析

付永鵬，劉金虎

0 引言

在進行接觸網作業及故障搶修時，接觸網臨時地線的裝設是接觸網作業安全的保障，但由于站場或者岔區等地點軌道電路的復雜性和臨時地線操作人員缺乏相關軌道電路知識等原因，在接掛地線時容易造成軌道電路紅光帶，影響行車秩序。

1 案例分析

1.1 故障概況

2021年8月8 日2：09，烏魯木齊供電段烏西供電車間駐站聯絡員在烏西站登記，處置烏西站上行正線SL16信號機至SL24信號機間D004號接觸網支柱隔離開關觸頭打火故障。2：35行調下達51005號命令，電調下達81044號命令，停電時間2：40—3：15。2：45供電人員采取接地措施后開始作業，3：05作業完畢，3：07拆除地線，3：10送電。3：02烏西站值班員發現烏西站上行正線SL16信號機至SL24信號機間軌道電路紅光帶，現場情況見圖1。

圖1 烏西站紅光帶現場示意圖

1.2 現場試驗及原因分析

為查明此次紅光帶出現的原因，烏魯木齊供電段提報停電計劃，組織專業人員現場開展試驗。共進行了4次接掛地線操作，分別驗證在不同位置接掛地線后軌道電位的變化。試驗示意圖如圖2所示，試驗過程如下：

圖2 試驗示意圖

第1次：在D10支柱回流線和接觸線上安裝接地線（距離SL24信號機300 m），在接掛地線的同時軌道電壓從未接掛地線前的 18.8 V下降到10.2 V，但未超過軌道電位7.4 V的最低閾值，軌道電路未顯示紅光帶。

第2次：保留D10支柱上的接地線，在D2支柱接觸線和回流線上安裝接地線（距離SL24信號機100 m），在安裝接地線的同時，SL24—SL16區段軌道電路顯示紅光帶。

第3次：拆除D10支柱上的接地線，在D2支柱接觸線和回流線上安裝接地線，在安裝接地線的同時，SL24—SL16區段軌道電路顯示紅光帶。

第4次：拆除所有接地線，在D4支柱接觸線和回流線上安裝接地線（距離SL24信號機150 m），SL24—SL16區段未顯示紅光帶，軌道電位也未發生變化。

通過分析以上試驗可以得出造成2021年8月8日烏西站上行正線SL16與SL24信號機間軌道電路紅光帶的原因：接觸網接地封線越靠近軌道電路的接收端，軌面電壓越低，導致軌道電壓波動超越下限，造成軌道電路紅光帶。

2 紅光帶產生原因的理論分析

2.1 軌道電路

軌道電路由送電端設備、軌道線路、受電端設備、鋼軌絕緣節和鋼軌接續線組成[1]。鐵路線路上的兩根鋼軌作為導體，鋼軌間的軌縫采用接續線連接，兩端軌縫裝有鋼軌絕緣，一端送電，另一端受電，這樣構成的電氣閉環回路稱為軌道電路。

在電氣化鐵路區段，牽引電流同樣經鋼軌回流，為避免鋼軌絕緣節對牽引回流的影響，在絕緣節處設置扼流變壓器，同時可以防止牽引電流對信號電流的干擾。軌道電路中信號電流與牽引電流分布如圖3所示。

圖3 軌道電路及牽引電流流經示意圖

當軌道無車占用時，受電端的繼電器可靠吸起，軌道電路呈空閑狀態，計算機聯鎖顯示該軌道電路為正常光帶，為空閑[2]。當軌道有車通過時，軌道被占用，由于列車輪對的電阻遠小于軌道電路線圈電阻，軌道電流大部分流經列車輪對，此時軌道繼電器可靠落下，軌道電路呈占用狀態，計算機聯鎖顯示該軌道電路為紅色光帶。

2.2 扼流變壓器工作原理

扼流變壓器的作用是為了連通牽引回流，同時阻擋信號電流的通過，其工作原理如圖4所示。圖中，1、2端為一次側，4、5端為二次側，3為接線端中性點。

圖4 扼流變壓器工作原理

扼流變壓器對軌道電路的作用：兩條鋼軌輸入25 Hz、具有一定電壓差的電壓，在扼流變壓器一次側產生電位差，經過升壓，將升壓后的電壓接到電務設備（扼流變壓器變比為 1∶3，電氣化區段電務設備變比約為 13.9∶1，發送端設備自室內向鋼軌降壓，接收端設備自鋼軌至室內升壓，軌道繼電器軌道線圈上的有效電壓應不小于 15 V，軌道繼電器軌道線圈上的分路電壓應不大于7.4 V）。

扼流變壓器對牽引電流的作用：在電力機車行駛的區段，機車受電弓在接觸線上接取工頻50 Hz的牽引電流。由于軌道和大地之間不完全絕緣，牽引電流一部分需流經大地，因此兩根鋼軌也存在牽引電流，且兩根鋼軌中的牽引電流在正常情況下大小相等，即圖4中I1=I2。I1經過1線端進入扼流變壓器，在3線端流出，在扼流變壓器1、3線端產生電動勢E。I2經過2線端進入扼流變壓器，在3線端流出，由于I1和I2在扼流變壓器內方向相反，在扼流變壓器2、3線端產生電動勢?E，因此在牽引線圈接線端1、2處產生的電動勢為零，在信號線圈 4、5接線端不產生電壓或電流，同時I1、I2經過中性線3接線端進入回流線，達到扼流變壓器連接牽引回流阻斷信號電流的目的。

鋼軌中牽引電流不平衡程度用不平衡系數K表示，K=(I1?I2) / (I1+I2)。當K≥5%時，會在扼流變壓器的信號線圈處產生較大電動勢，引發軌道電路紅光帶或燒毀電務設備[3]。

3 臨時地線影響軌道電路的3種情況

3.1 臨時地線接在兩根鋼軌上

如圖5所示，如接觸網作業的臨時地線接在同一軌道區段的兩根鋼軌上，造成軌道電路發送電流經鋼軌至臨時地線1，再通過接觸網至臨時地線2，最終通過鋼軌回到發送端，該連接方式相當于對兩根鋼軌進行短路，造成接收設備無電，產生軌道電路紅光帶。

圖5 臨時地線接在兩根鋼軌上

3.2 臨時地線接在絕緣節兩端

如圖6所示，接觸網作業的兩根臨時接地線連接在相鄰軌道電路的同一鋼軌上，此時軌道電路1的電流經過臨時地線1至接觸網，再經過臨時地線2到達軌道電路2的鋼軌，相當于絕緣節被短路。對于25 Hz軌道電路，相鄰軌道電路間存在極性交叉檢查，即同一絕緣節兩端不能短路，可以理解為同一軌道電路的其中一根鋼軌加載正電源，另一鋼軌加載負電源，而絕緣節的兩端一側為正電，另一側為負電。當絕緣節兩側短路后，電源被相互抵消，接收設備將接收不到電流或接收到較低的電流，造成軌道繼電器無法吸起，產生紅光帶。

圖6 臨時地線接在絕緣節兩端

3.3 回流線的臨時地線距軌道電路接收端較近

當回流線臨時地線距軌道電路接收端較近時，軌道電流通過臨時接地線1、回流線、吸上線以及1/2牽引線圈與兩鋼軌構成回路，此時接收端鋼軌電壓與室內軌道繼電器線圈電壓變比由 1∶3∶13.9變為1∶1.5∶13.9。正常情況下接收端軌面電壓在0.5 V左右，變比到軌道繼電器線圈的電壓為20.85 V左右；在該連接方式下，變比到軌道繼電器線圈的電壓約為10.425 V。軌道繼電器軌道線圈上的有效吸起電壓應不小于 15 V，分路電壓應不大于7.4 V，線圈電壓在7.4～15 V范圍內時，繼電器有可能吸起，也有可能落下，根據現場經驗，一般情況下25 Hz軌道電路繼電器（二元二位繼電器）在電壓大于10 V時吸起，因此考慮其他不利情況，如越靠近接收端軌面電壓越低、軌道電壓波動、現場調整電壓較低等情況，該接線方式不易造成軌道電路紅光帶。

根據扼流變工作原理，在同一軌道電路區段，越臨近扼流變安裝接地線時（0～100 m范圍值），接地線與吸上線形成閉合回路，扼流變牽引線圈中的感應電動勢降低，在二次側信號線圈上的感應電壓相應降低，造成軌道電路紅光帶。通過以上分析可以得出蘭新線烏西站“8.8”紅光帶產生的原因，如圖7所示。

圖7 烏西站紅光帶產生原理接線

4 接觸網檢修作業中紅光帶的防控措施

接觸網現場作業中極易造成軌道電路紅光帶，主要原因有：

（1）檢修作業中掉落的鐵線、長大零件或在搬運梯車過程中梯車框架等非絕緣材料短接鋼軌，造成一個軌道電路區段紅光帶。另外，在接觸網靜態測量過程中，鋼卷尺連接鋼軌、激光測量儀傾倒短接鋼軌、在車站道岔區測量時測量儀短接軌縫絕緣節，均會造成軌道電路紅光帶問題。

（2）接觸網檢修作業時臨時地線裝設引起紅光帶，該情況比較普遍，也最具典型性。軌道電路紅光帶發生的地點主要在站場或岔區、上下行扼流變連通處及牽引回流匯集處，尤其是牽引變電所亭上、下行牽引回流集中的位置最容易發生。

為避免軌道電路紅光帶的產生，采取防控措施如下：

（1）嚴格執行《接觸網安全工作規則》有關規定：接地線應可靠接在鋼軌上，且不應跨接在鋼軌絕緣兩側、道岔尖軌處，必須跨接在鋼軌絕緣兩側時，應封閉線路；地線穿越或跨越股道時，必須采取絕緣防護措施。

（2）在同一軌道電路區段，當回流線臨時地線距軌道電路接收端較近時，距離不得小于150 m（當小于150 m時接收端軌面電壓越低、軌道電壓波動時，易造成軌道電路紅光帶）。

（3）軌道繼電器交流端電壓應調整于 10.5～16 V范圍內[4]，當在同一軌道電路區段采用本文3.3節所述連接方式時，可以有效防止軌道電路紅光帶。

（4）“V?！弊鳂I裝設地線時，為確保軌道電路接收端鋼軌電壓與室內軌道繼電器線圈電壓變比 1∶3∶13.9不變，在鋼軌上安裝接地靴前必須使用鋼絲刷對鋼軌進行徹底打磨，保證良好的接觸性，減少因感應電壓產生軌道不平衡電流導致出現紅光帶的風險。

（5）加強接觸網專業的設備管理，梳理臨時地線可能引起軌道電路紅光帶的場所，在現場作業時，將其納入封鎖范圍及過程控制[5]；加強供電、電務部門聯控，梳理結合部問題；做好非正常情況下的信息互通。

5 結語

通過對蘭新線烏西站紅光帶及扼流變工作原理分析可知，在同一軌道電路區段內的不同位置安裝接地線，軌道電壓的降低并不具有一定規律性。針對在站場吸上線扼流變兩側的軌道電路區段回流線上安裝地線能造成軌道電位變化甚至引起紅光帶的問題，在不同的位置接地，軌道電位顯示發生變化。在接觸網作業時，需對地線位置進行重點防控，防止出現軌道電路紅光帶及影響作業和行車安全的情況。