高鐵軌道電路絕緣燒損案例分析與對策

陳建譯

陳建譯:廣州鐵路集團公司電務處 教授級高工 510088 廣州

武漢至廣州高速鐵路自2009年12月26日開通運營以來，信號系統設備總體運行比較穩定。大部分中間站和所有正線車站采用了區間ZPW-2000型一體化的軌道電路，大站側線采用了25Hz相敏軌道電路。在室外軌道電路設備方面，個別車站因回流不暢，嚴重時引起軌道電路鋼軌絕緣燒損，導致軌道電路紅光帶故障時有發生。以下針對幾起典型故障案例進行原因分析，并提出優化方案和解決措施。

1 故障概況

1．2010年10月29日12:11，株洲西站(見圖1)5道下行接車，接車進路正常出清并解鎖后，11DG、13DG發生紅光帶。檢查發現11DG、13DG接收端站內匹配單元10A斷路器跳斷，11DG、13DG間公共絕緣(13#道岔岔前)外側魚尾板上有4個燒黑痕跡。2011年5月3日9:20－9:47，該站10DG發生紅光帶;10:07－10:22，10:30－10:47，10DG、12-14DG紅光帶又多次重復發生。現場檢查更換10/12#道岔渡線邊膠接絕緣，軌端工字絕緣片底部燒損碳化1/2。

2．2011年11月2日17:55，岳陽東站5道下行開車后，12DG紅光帶不消失。上線檢查發現12DG發送、接收端站內匹配單元10A斷路器跳斷，12#岔前軌道絕緣東邊外側魚尾板南端與鋼軌擊穿短路，軌頭工字絕緣片燒黑，送端雙邊絕緣軌頭拉弧燒黑。軌道電路故障時，5道發車的動車組受電弓也發生故障，刮壞接觸網造成牽引供電系統跳閘。

2 故障分析

2.1 全站回流線、吸上線、扼流變壓器設置分析

株洲西站全站及進站信號機外方區間回流線、吸上線的設置情況見圖2。圖中粗實線為信號專業設置的完全橫向連接線、貫通地線連接線，均符合設計圖紙。虛線為供電專業設置的PW線并聯線、吸上線和回分區所回流線。點連線為供電專業多余設置的吸上線，不符合信號設計要求，該設置使軌道電路發送、接收端均連接了吸上線，可能出現以下2個問題:一是造成牽引回流在站場內形成迷流，在大電流沖擊的情況下出現回流不暢的問題;二是造成軌道電路出現第3軌現象，不能有效檢查鋼軌的完整性，存在安全隱患，需要在整治過程中拆除多余的吸上線。

扼流變壓器設置和回流分析參見圖1。圖1中可以看出，13#道岔岔前和11#、7#道岔岔前軌道絕緣處均只有一側設置了單扼流變壓器，因此，切斷了側線牽引電流流向正線的通路，側線發車時可能造成回流不暢，并產生不平衡牽引電流，絕緣節兩端可能產生電壓差，拉狐產生高溫使絕緣燒損。另外，動車組司機采用的加速方式和牽引的等級不同，也都會影響牽引電流的大小;還有動車的結構，如CRH3-380BL的車型采用的是集中回流方式，整列車輪之間沒有完全電氣連接，也會影響回流。不同于既有線采用的傳統車型均為分散回流方式，且所有輪對均為電氣連接，車體回流通道較好。

2.2 軌道電路鋼軌絕緣設置分析

株洲西11DG、13DG間公共絕緣情況:西邊為MT型軌道絕緣，魚尾板與鋼軌間為絕緣膠固化后隔離，魚尾板與鋼軌下沿相距約3～5 mm，存有一定間隙，魚尾板下沿有少量殘余絕緣膠和銹痕;東邊為新更換的MK型軌道絕緣，魚尾板與鋼軌間為槽型絕緣板，基本無間隙。因此，經現場分析，MT型軌道絕緣與鋼軌存在縫隙，有明顯的不達標。

2.3 微機監測分析

回放株洲西集中監測數據，該組絕緣是在動車組經過11DG、13DG全部進入了5道停車，進路解鎖并開放了下行5道發車信號后才被燒壞的，也就是說，燒壞時這2個區段并沒有動車壓入。進一步查看牽引變電所相關監測記錄:12:12監測到入所的回流電流瞬間增大到2700A左右，37 ms后恢復正常(正常值在600～800A左右)，監測網壓正常(約28 kV)。因異常只有37 ms便恢復正常，牽引變電所自保裝置未啟動，接觸網供電一直正常。經了解車輛部門和車站，29日12:11，株洲西站5道開車時，動車組MMI(車載車輛系統人機界面)顯示無網壓及7號車車頂隔離開關鎖閉，經隨車機械師處理，于12:39后弓改前弓后開車。結合現場檢查、測試分解絕緣節，判斷是因鋼軌上牽引電流瞬間過大且5道徑路牽引回流不暢，造成該絕緣節兩端壓差過大，強電流拉弧將絕緣節擊穿。

3 故障原因

1．綜合多種因素，引起牽引電流不暢是造成絕緣燒損的主要原因。

2．空扼流的設置不盡合理是造成牽引電流不暢的主要因素。

3．站場內吸上線連接過多也造成了牽引電流的在閉環回路中迂回。

4．其他專業原因，如工務MT軌道絕緣，隔離效果沒有MK軌道絕緣明顯，動車車輪沒有完全電氣連接等。

4 措施和建議

1．優化空扼流變壓器的設置，疏導牽引回流，可以按以下方案采取措施:如圖1所示，在圖中的1、2、3、4、5處增加1臺空扼流變壓器，且與相應絕緣節另一扼流變壓器中點相連，使牽引電流流向正線。但為防止閉環回路，應在側線適當處切斷此閉環回路。另外，將上行方向進站口的上、下行扼流變壓器中點相連(但注意迂回長度不能小于規定值)，該方案能徹底解決問題。

2．優化吸上線的設置，拆除多余的吸上線。將連接到扼流變壓器中點的吸上線，改為連接到中心連接板中點上。

3．鑒于MT型軌道絕緣魚尾板與鋼軌距離太近，工務部門可將未設置扼流變壓器連接牽引回流的軌道絕緣，逐步改為魚尾板與鋼軌隔離明顯的MK型軌道絕緣。

高速鐵路站場內，如果按區間一體化設置ZPW-2000系列軌道電路，由于站內道岔區段軌道電路采用“分支并聯”一送一受的方式，一般每個區段內道岔為1組，最多不超過2組，所以軌道電路分割比普速鐵路的站內要多，往往在梯形道岔上需要設置絕緣，但一定要以牽引電流回流正線為原則，在梯形道岔的絕緣節上適當增設扼流變壓器，疏導牽引電流，且必須按一頭堵的原則不能形成閉環回路。