電氣牽引電流對信號設備干擾原因分析及處置方案

李明光

(中國鐵路南昌局集團有限公司，南昌 330000)

隨著電氣化的普及，電氣化牽引電流對信號設備正常工作的干擾問題突出，是高鐵聯調聯試、現場信號設備維護和故障處理的難點。本文就電氣化牽引電流對信號設備正常工作的干擾類型、典型案例分析和解決方案進行總結。

1 電氣化牽引電流干擾信號設備類型

牽引回流通道不暢影響軌道電路工作或燒損信號設備：大型站場吸上線設計數量少或位置不合理，導致站場某股道回流路徑長；牽引回流經過道岔折角迂回；回流通道中扼流變、引接線等信號設備接觸不良。這些因素造成回流通道出現工頻浪涌電流時，軌道電路出現閃紅光帶或燒損鋼軌絕緣故障。

鋼軌中電流不平衡系數超標影響軌道電路正常工作：工務膠墊絕緣不良、扣件安裝碰鋼軌、道碴碰軌底、信號設備特性參數等均能導致兩條鋼軌對地阻抗不平衡，從而導致兩根鋼軌中的牽引回流不平衡。當兩軌不平衡系數超過上限值時，影響軌道電路正常工作，造成閃紅光帶故障。

道岔側向或渡線作為牽引回流通道引起牽引電流諧波干擾：道岔由于結構原因致使在岔內牽引回流諧波經鋼軌感性與道岔岔芯容性形成諧振，放大1700 ～2600 Hz 諧波幅值，在C0 區段運行LKJ控車時，200H 動車組ATP 的機感線圈（STM）接收到牽引回流中該諧波，ATP 搶權觸發EB 制動，造成動車組停車。

工頻感應電壓引起防雷元件燒損或斷路器跳開：普鐵線路車站綜合接地系統整治標準低，施工不規范導致信號設備受到牽引回流工頻電壓干擾。如信號電纜引入機械室未做一次成端或一次成端制作不規范，區間站聯電纜未分割，電纜鎧帶未進行單端接地，在電纜絕緣下降情況下，電纜芯線有較高工頻感應電壓，造成易遭牽引回流竄入信號傳輸通道燒損信號設備。

2 電氣化干擾產生的不同場景及原因分析

南昌西高速場股道處絕緣節頻繁燒損故障。自開通以來，該場X14～X19 信號機處軌道絕緣節頻繁燒損，經過現場調查、測試、分析，站內牽引回流通道按“接斷發連”技術要求設計。如圖1 所示，14-19 道發車時牽引回流需經高速場發車端經吸上線返回變電所（如圖1（a）中紅線），回流通道長約3000 m，而股道接車進路上絕緣節（斷開處）與牽引變電所回流通道僅為300 m 左右（如圖1（b）中藍線）。經測試14-19 道接車進路上絕緣節（斷開處）兩端有不等電壓差，峰值可達150 V，該電壓長期加在膠接絕緣節兩端導致絕緣節燒損。對南昌西高速場回流通道進行優化，在接車進路上X15、X18 信號機處扼流變加裝中聯板，拆除223#至235#道岔間581 處扼流變中聯板，整改后回流通道通過新增的扼流變中聯板就近回流，縮短14、16、17、19G 股道回流通道的距離，拉低其接車端絕緣節兩端壓差，減少絕緣節燒損的故障。

橫崗站受諧波干擾動車組停車故障。京九線橫崗站與杭長、昌贛客專銜接，3 個方向6 條正線引入。在杭長、昌贛引入改造過程中，C0 區段頻繁發生200H 動車組接收到2000 Hz 諧波干擾信號制動停車故障。如圖2 所示，該站10/12#道岔(18號)曲股渡線為牽引回流通道,道岔結構使得牽引回流存在20 ～50 m 的流向相反不平衡區域，兩道岔加渡線導致鋼軌牽引回流不平衡區域增加，其牽引回流中移頻干擾諧波被STM 接收，造成200H型動車組在C0 區段運行時，ATP 制動停車。經測試分析可知, 在兩道岔間92.5 m 范圍內兩軌中，牽引回流嚴重不平衡 (左軌77.2 A，右軌52.4 A)，在分線盤送端2000 Hz 干擾信號電壓幅值9.1 V，受端干擾信號幅值6.8 V。在斷開渡線絕緣節處中連板, 增加SJ-SH 處橫向連接線后，如圖2 所示，使牽引回流通道從道岔渡線改為正線回流，送端移頻干擾信號電壓幅值1.5 V，下降了83%，受端移頻干擾信號幅值1.8 V，下降了73%，未再發生動車停車故障。

福州南動車所受諧波干擾動車組停車故障。福州南動車所供電27.5 kV 供電饋纜鄰近軌道電路區段敷設，其饋纜中大電流產生的頻率1750 Hz 干擾諧波信號，通過空間磁場耦合至鄰近軌道電路區段，如圖3 所示，動車組STM 接收該頻率造成制動停車故障。經測試，受干擾軌道電路區段軌面干擾電壓幅值區間227 ～1493 mV，分線盤接收端干擾電壓幅值區間6436 ～42326 mV。利用單端接地的U 型鐵皮對供電饋纜進行屏蔽，軌道電路區段軌面干擾電壓幅值區間3 ～81 mV，干擾電壓幅值最大值下降了91%；分線盤接收端干擾電壓降為80 ～2284 mV，下降了94%，解決了動車組STM 接收空間電磁干擾導致停車故障。

閩候站牽引電流不平衡紅光帶故障。該站3、4G 向福州方向發車時，多次發生列車經4/6 道岔反位出清4-10DG 后，該區段紅光帶不滅故障。交叉渡線電氣化區段增加的切割絕緣（a、b）安裝靠近交叉渡線次要線路側，如圖4 所示，當3G、4G 向福州方向發車時，列車輪對1、2 運行在長度7.3 m的死區段內，牽引回流如圖4 中紅、藍線所示，造成4-10DG，6-8DG 區段內單邊鋼軌回流，牽引回流不平衡形成差模電壓信號，造成斷路器跳開，導致列車過后4-10DG 紅光帶保留。通過將閩侯站4-10DG 區段電氣化增加的切割絕緣（a、b）安裝移設靠近交叉渡線正線側，如圖5 所示，死區段長度縮短為3 m，將7.3 m 死區段調至調車牽引電流小的8/10 道岔方向，如圖5 中紅、藍線所示，4-10DG，6-8DG 區段內鋼軌牽引回流平衡受影響時間短，故障消除。

圖1 南昌西高速場回流整改前、后示意圖Fig.1 Schematic diagram of Nanchang West high-speed depot before and after the backflow rectification

滬昆線羅坊站站聯斷路器跳開及燒損防雷元件故障。經調查測試分析，有以下5 個方面原因造成牽引電流反串至電纜芯線上有較高工頻感應電壓（最髙72 V），導致防雷元件劣化短路，斷路器跳開。一是車站附近設有牽引供電所，地電位較高。二是站聯電纜地下接頭多且使用年限長，電氣絕緣性能下降。三是電纜方向盒中電纜鎧帶未分段斷開并單端接地。四是滬昆線各站綜合防雷系統前期設計標準低，電纜引入間未做一次成端。五是兩站綜合防雷系統FLE、DLE、防雷地線、機柜地線嚴重混接。通過對問題進行整改，電纜芯線上感應干擾電壓值明顯下降，問題得以解決。

圖2 橫崗站10/12#道岔(18號)曲股為回流通道整治前、后示意圖Fig.2 Schematic diagram before and after regulation when the curve track with turnout 10/12 # (No. 18) is the backflow channel at Henggang station

圖3 福州南動車所1-7DG干擾原理示意圖Fig.3 Principle diagram of the interference on 1-7DG of Fuzhou South DMU depot

圖4 故障時牽引回流示意圖Fig.4 Schematic diagram of traction backflow in case of failure

圖5 整治后牽引回流示意圖Fig.5 Schematic diagram of traction backflow after rectification

向西樞紐站電氣化改造后頻遭雷擊及燒損信號設備故障。向西編組場由線路所，Ⅰ、Ⅱ/Ⅲ、Ⅳ/Ⅷ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ場組成的大型樞紐編組場,多年來經常發生不明原因的軌道電路閃紅光帶故障和雷擊時燒損設備。調查分析原因：由于方向多，站場排列復雜，場—場間，場步站間聯絡線多；電氣化改造時，站場分步開通方式導致牽引回流通道過渡措施多。而在開通后沒有對全站(場)牽引回流通道的合理性綜合分析，相關過渡措施沒有及時拆除,致使牽引回流通道設置不盡合理，并留下安全隱患。經組織系統對各站場牽引回流通道及吸上線進行分析，發現有牽引回流通道28 處、吸上線6處設置不合理；經優化，移設橫連線14 根，增加橫連線2 根，移設中連板1 處，拆除中連板9 處，移設扼流變4 處，增設末端封閉線及絕緣5 處，移設吸上線3 處，拆除吸上線3 處，增設軌回流線2處。自整改后，再未發生軌道電路因牽引回流和雷擊影響的閃紅光帶故障。

橫崗站牽引回流經道岔折角回流導致動車組停車故障。道岔曲股是牽引回流通道，道岔曲股切割絕緣至岔心段有20 ～50 m 不等長度存在相反方向的牽引回流（如圖6 黃綠線所示）。該道岔是拼裝岔芯，拼裝岔芯的容性放大了牽引回流的諧波幅值，200H 動車組受2000 Hz 諧波干擾信號導致停車。通過對道岔區段參照ZPW-2000A 在道岔區段加裝并聯短跳線如圖7 紅線所示，拼裝岔芯按標準圖安裝短跳線，問題得以解決。

圖6 道岔岔芯段長度不等牽引回流相反示意圖Fig.6 Schematic diagram of reverse traction backflow of unequal length at the core sectionof turnout

圖7 道岔岔芯段長度不等牽引回流相反整改示意圖Fig.7 Schematic diagram of reverse traction backflow of unequal length at the core sectionof turnout after rectification

3 處置電氣化干擾的一般性方法

牽引回流就近回變電所原則。根據牽引變電所設置位置考慮回流通道設計，靈活執行“接斷發連”技術政策，縮短牽引回流通道回所距離。

平衡鋼軌回流，確保牽引回流不平衡系數達標。減少牽引回流經道岔折角或經雙動道岔渡線作回流通道，工務膠墊、扣件完整良好、安裝正確，石碴與鋼軌保持間距，無金屬單邊物接觸鋼軌，吸上線接觸良好，確保扼流變壓器繞圈參數達標等方式保證鋼軌的牽引回流平衡。

抑制諧波幅值。各種站場嚴格按標準設計、施工整站綜合防雷系統，確保貫通地線敷設良好，提高高鐵與普鐵接軌站、動車所綜合接地防雷標準，接口站綜合貫通地線與牽引變電所地網連接，降低地電位。

暢通干擾電流入地通道。嚴格執行信號機房綜合接地施工工藝標準，單獨設置電纜間，做好電纜引入一次成端、分線柜二次成端和室外方向盒成端接地。特別是在維修更換或者接續電纜時，嚴格按照標準執行距機械室近端接地要求。

綜合考慮分步開通樞紐站場牽引回流通道。大型樞紐和編組場，施工周期長，往往需分步開通，大型站場分步開通啟用時和全場完全開通啟用后，都應進行電氣化牽引回流通道專項梳理、復核優化，發現問題及時整改，確保各分步開通吸上線布置合理，牽引回流暢通。

銜接高鐵的C0 普鐵站應采用ZPW-2000 一體化軌道電路。當采用25 Hz 軌道電路疊加發碼時，不應利用道岔曲股渡線作為牽引回流和發碼通道，拼裝岔芯的道岔加裝短跳線使牽引回流方向一致并嚴格按道岔區段跳線標準圖安裝。

防范供電饋纜諧波干擾信號設備。27.5kV 分相區供電饋纜避免與軌道電路等信號設備近距離平行敷設，并充分考慮牽引大電流諧波干擾信號設備正常工作的有效防護措施。

4 總結

電氣化牽引回流干擾信號設備正常運用方式多樣，情況復雜，處理難度大，需要根據現場具體情況具體分析，采取平衡牽引回流、暢通回流通道、縮短回流通道、降低干擾幅值、優化室外泄流環境等方法進行解決。但更重要的是在工程設計階段增加電務與供電結合部專項綜合考慮，在信號專業施工圖審查時將電氣化牽引回流干擾進行專項審查，嚴格按照工藝規范施工，才能從源頭上解決電氣化牽引電流對信號設備的干擾。