牽引供電回流對信號設備的干擾分析與應對措施

徐炳輝 尹 明

徐炳輝:朔黃鐵路原平分公司 高級工程師 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 牽引供電設備回流對軌道電路的干擾

牽引供電回流對信號設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電流，又要傳輸牽引供電回流，也就是說在鋼軌中有多種頻率不同、電壓不同的電流在同時傳輸，這樣就造成了相互間的干擾，特別是牽引回流對信號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行分析。

1.1 牽引電流影響造成紅光帶

1．故障現象。某站3DG軌道區段閃紅光帶，故障發生后自動消失。經檢查、測試，該軌道電路所有數據均正常;對該區段及相鄰區段的絕緣、跳線及引接線進行檢查測試，也未發現有異常情況。后經測試發現108號網桿地線阻值為0 Ω，可以確定是108號網桿處地線連接鋼軌，且不經火花間隙直接入地，牽引電流經此地線直接入地，造成軌道電路電壓波動，于是發生了軌道電路閃紅光帶的故障。

2．原因分析。一是供電專業盲目設置地線，將鋼軌直接接入地線;二是在現有的供電系統中，通常利用鋼軌作為接觸網自然接地體，當接地裝置的火花間隙失效，或有些桿塔不經過火花間隙直接連接鋼軌，在同一軌道電路區段內的2個及以上接觸網桿塔地線分別接在2根鋼軌上，或者不同軌道電路區段內桿塔地線經貫通的架空地線短路了鋼軌絕緣接頭，都會造成軌道電路紅光帶。另外，當機車發生受電弓支持絕緣閃絡、放電間隙擊穿等接地故障時，巨大的短路電流會瞬間使火花間隙擊穿，也會影響到信號設備。

3．應對措施。對牽引供電設備中的火花間隙和地線進行全面的檢查、測試，堅決杜絕鋼軌直接連接地線的現象。同時對軌道電路位置的火花間隙進行周期性的測試，發現火花間隙不良的及時聯系供電部門進行更換，以避免此類軌道電路故障的發生，保證軌道電路穩定工作。

1.2 供電檢修、地線設置不當造成紅光帶

1．故障現象。某站3DG軌道電路區段在“天窗”時間內出現紅光帶。經信號人員到現場檢查發現:供電部門進行檢修作業時，將上行接觸網地線接在ⅡAG區段鋼軌外側，下行接觸網地線接在3DG區段鋼軌外側。同時再對某分區亭設備檢查發現:分區亭內的末端環供斷路器未斷開，造成了此次故障的發生。

2．原因分析。故障原因分析示意圖如圖1所示。通過地線、接觸網、分區亭斷路器形成閉環，正好兩軌道區段鋼軌外側極性相反，造成上、下行外側鋼軌短路，使ⅡAG、3DG區段電壓下降6～7V(分區亭距離遠近決定壓降的大小)。ⅡAG區段電壓在軌道繼電器吸起范圍內，3DG軌道電壓下降到9.85V，低于繼電器工作電壓，因此出現了紅光帶。

圖1 故障原因分析示意圖

3．應對措施。上述故障是由供電專業檢修時地線設置位置引起的。應采取供電和信號專業聯合調查后，再確定地線設置地點，以確保此類問題不再發生。如果信號部門發現軌道電路出現故障，并且該區段連接了供電檢修地線，應及時聯系供電部門共同查找，要及時拆除地線以及所有可能影響軌道電路工作的設備，以便縮短故障延時。

1.3 供電變電所處鋼軌回流設備設置不合理

1．故障現象。某站4G出現閃紅光帶故障，經檢查發現其鋼軌上直接連接了供電回流線，在站內出現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，出現軌道電路紅光帶。

2．原因分析。97型軌道電路規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。當供電回流地線連接扼流變壓器中心連接板時，牽引電流與軌道電路的信號電流在扼流變壓器內進行了分離，并且信號電流經過抗干擾設備，減小了牽引電流對軌道電路的影響，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電流未經分離，就會使牽引回流對軌道電路的信號電流造成很大影響，最終影響到軌道電路的正常工作。

3．應對措施。要求供電部門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 供電吸上線設置位置不合理

1．故障現象。某站9DG區段為一送一受區段，在該區段的送、受端扼流變壓器中心連接板上都設置了吸上線，造成該區段發生斷軌故障時，不能顯示紅光帶，無法實現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根鋼軌構成常閉回路，一旦該回路出現斷點(即鋼軌折斷)，直接反應就是軌道繼電器落下，控制臺出現紅光帶。如果在同一區段兩端的扼流變壓器中心連接板上同時連接吸上線，在一側鋼軌出現斷軌時，軌道電路可以通過回流線構成閉環工作回路，使軌道繼電器保持在吸起狀態，也就無法實現其斷軌檢查。

3．應對措施。杜絕在同一軌道區段兩端同時設置回流線，以確保實現斷軌檢查的功能。

1.5 極端情況下牽引回流不暢造成設備故障

1．故障現象。某站在站內正線上、下行線分別設置了吸上線并進行了橫向連接，對岔區側線部分未設置吸上線，而采取橫向連接的方式，將岔區側線部分的牽引回流引到正線部分，經正線回流線溝通牽引回流通道。當一臺電力機車在岔區側線部分發生放電故障，造成連接側線橫向連接線 (岔區側線部分連接正線)的扼流變壓器電流過大，使扼流變壓器損壞，就發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的適配器等器材同時損毀。

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，但是由于岔區側線部分所有牽引回流都必須經過橫線連接線到達正線，經正線部分設置的吸上線回變電所，故在極端情況下，連接正線與側線的橫線連接線兩端的扼流變壓器所承受的電流過大，會使扼流變壓器損壞，造成軌道電路故障。

3．采取措施。將正線與側線的橫向連接線拆除，并在岔區側線部分增加吸上線，使側線和正線部分的回流都能夠單獨構成通道。這樣在極端情況下也能夠保證牽引回流的暢通，對信號設備形成保護，減小牽引回流對信號設備的干擾和影響，減少設備故障和壓縮故障影響范圍。

2 供電設備對電纜線路的干擾

電氣化鐵道牽引電流必須具備回流路徑。根據電流連續性原理，總的回流應等于接觸線轉化的電流。鋼軌可作為回流的導體，但由于鋼軌敷設在地面上，長度遠遠大于寬度，其縱向電阻的存在以及交流牽引網在其周圍空間存在電場和產生交變磁場，接觸網與地回路，軌道與地回路存在感性耦合，必然導致部分回流流入大地，再經大地流回牽引變電所的接地系統。又由于大地并不是一個均勻介質，土壤導電率的值處處隨土質而異。特別是當地下設有金屬表皮電纜或貫通地線時，地中電流將很大程度地沿此類通道集中流通，電流在其中產生壓降而使金屬物出現對地電壓，并且與鐵路并行的電纜或地線，愈靠近鐵路，上述現象就愈顯著。當對地電壓超過規定值時就造成了設備的安全隱患，嚴重時還將危及操作人員的安全。

2.1 典型案例

1．區間電纜燒損故障。某站站聯電纜部分芯線發生短路，后經測試查找確定位置在某橋梁上的電纜槽內。經過對該橋梁電纜槽開蓋檢查發現電纜燒損。燒損的原因是:該站聯電纜外皮接觸電纜槽內的電纜槽固定螺栓 (鋼制)，在列車通過時橋梁晃動造成長時間的磨損，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信號機電纜燒損，SN進站信號機不能開放。經測試發現故障電纜與站內貫通地線(鉛包銅線，外皮導電)在橋上同一電纜槽(鋼槽)內敷設。電纜槽與貫通地線存在壓差(最大值達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，燒傷嚴重，造成內部芯線絕緣不良、短路，與電纜鋼帶相連，最終導致對地絕緣不良。

以上的2起故障都是因供電進入大地的回流，造成電纜鋼帶和貫通地線等金屬通道上出現對地電壓，與完全接地體接觸時發生放電，最終燒損電纜。針對此類故障首先供電部門要對沿線供電吸上線進行檢查，要求站內正線上、下行進站信號機附近各有1處吸上線，區間每2 km設1處吸上線，保證回流通暢，減小進入大地的牽引回流。信號部門應采取將設備貫通地線做好絕緣防護，更換電纜鋼槽為復合槽，將電纜槽固定螺栓更換為絕緣螺栓等針對性措施，消除故障隱患。

2.2 設置要求

綜上所述，為保證信號設備在正常和極端情況下的穩定運行，減小供電牽引回流對信號設備的干擾，對供電吸上線的設置要求如下。

1．站內正線和側線的吸上線必須分開設置，將正線與側線之間的橫向連接線斷開，保證正線和側線各位置牽引回流暢通。

2．區間吸上線間隔應≤2 km，如因地形影響無法滿足上述要求，應設置空扼流增加吸上線，滿足上述要求。

3．在站內、區間所有位置，牽引回流應滿足機車在任何位置，前方、后方都有回流通道，在一個回流通道中斷的情況下，不會影響正常牽引回流。

4．應在供電和信號專業聯合調查后，確定地線設置地點，以避免地線設置不當影響軌道電路正常工作。

5．應將回流線按照要求連接至扼流變壓器的中心連接板位置，避免牽引回流對軌道電路的不良影響。

通過以上的故障案例，可以看出供電設備牽引回流對信號設備造成影響是嚴重的，但是只要供電部門和信號部門加強協作，不斷消除故障隱患，必定能夠確保設備的正常運行。

［1］ 董玉璽．電化區段如何避免牽引回流對軌道電路的影響［J］ ．鐵道通信信號，2008(6)．

［2］ 畢紅軍.電氣化鐵道牽引回流分布的理論分析［J］ .北方交通大學學報，1994(02).

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