牵引供电回流对信号设备的干扰分析与应对措施

徐炳辉 尹 明

徐炳辉:朔黄铁路原平分公司 高级工程师 034100 山西原平

尹 明:朔黄铁路原平分公司 工程师 034100 山西原平

1 牵引供电设备回流对轨道电路的干扰

牵引供电回流对信号设备最直接的影响主要反映在钢轨上，既要传输轨道电路工作的信号电流，又要传输牵引供电回流，也就是说在钢轨中有多种频率不同、电压不同的电流在同时传输，这样就造成了相互间的干扰，特别是牵引回流对信号电流的影响更加突出。以下就几种典型的因牵引回流影响造成的轨道电路故障进行分析。

1.1 牵引电流影响造成红光带

1．故障现象。某站3DG轨道区段闪红光带，故障发生后自动消失。经检查、测试，该轨道电路所有数据均正常;对该区段及相邻区段的绝缘、跳线及引接线进行检查测试，也未发现有异常情况。后经测试发现108号网杆地线阻值为0 Ω，可以确定是108号网杆处地线连接钢轨，且不经火花间隙直接入地，牵引电流经此地线直接入地，造成轨道电路电压波动，于是发生了轨道电路闪红光带的故障。

2．原因分析。一是供电专业盲目设置地线，将钢轨直接接入地线;二是在现有的供电系统中，通常利用钢轨作为接触网自然接地体，当接地装置的火花间隙失效，或有些杆塔不经过火花间隙直接连接钢轨，在同一轨道电路区段内的2个及以上接触网杆塔地线分别接在2根钢轨上，或者不同轨道电路区段内杆塔地线经贯通的架空地线短路了钢轨绝缘接头，都会造成轨道电路红光带。另外，当机车发生受电弓支持绝缘闪络、放电间隙击穿等接地故障时，巨大的短路电流会瞬间使火花间隙击穿，也会影响到信号设备。

3．应对措施。对牵引供电设备中的火花间隙和地线进行全面的检查、测试，坚决杜绝钢轨直接连接地线的现象。同时对轨道电路位置的火花间隙进行周期性的测试，发现火花间隙不良的及时联系供电部门进行更换，以避免此类轨道电路故障的发生，保证轨道电路稳定工作。

1.2 供电检修、地线设置不当造成红光带

1．故障现象。某站3DG轨道电路区段在“天窗”时间内出现红光带。经信号人员到现场检查发现:供电部门进行检修作业时，将上行接触网地线接在ⅡAG区段钢轨外侧，下行接触网地线接在3DG区段钢轨外侧。同时再对某分区亭设备检查发现:分区亭内的末端环供断路器未断开，造成了此次故障的发生。

2．原因分析。故障原因分析示意图如图1所示。通过地线、接触网、分区亭断路器形成闭环，正好两轨道区段钢轨外侧极性相反，造成上、下行外侧钢轨短路，使ⅡAG、3DG区段电压下降6～7V(分区亭距离远近决定压降的大小)。ⅡAG区段电压在轨道继电器吸起范围内，3DG轨道电压下降到9.85V，低于继电器工作电压，因此出现了红光带。

图1 故障原因分析示意图

3．应对措施。上述故障是由供电专业检修时地线设置位置引起的。应采取供电和信号专业联合调查后，再确定地线设置地点，以确保此类问题不再发生。如果信号部门发现轨道电路出现故障，并且该区段连接了供电检修地线，应及时联系供电部门共同查找，要及时拆除地线以及所有可能影响轨道电路工作的设备，以便缩短故障延时。

1.3 供电变电所处钢轨回流设备设置不合理

1．故障现象。某站4G出现闪红光带故障，经检查发现其钢轨上直接连接了供电回流线，在站内出现牵引回流瞬间增大的情况下，造成4G轨道电路电压下降，轨道继电器不能可靠吸起，出现轨道电路红光带。

2．原因分析。97型轨道电路规定回流线必须连接到扼流变压器中心连接板位置，而不能直接连接钢轨。当供电回流地线连接扼流变压器中心连接板时，牵引电流与轨道电路的信号电流在扼流变压器内进行了分离，并且信号电流经过抗干扰设备，减小了牵引电流对轨道电路的影响，保证了轨道电路可靠工作。若将回流线直接连接到钢轨上，则牵引电流与轨道电路信号电流未经分离，就会使牵引回流对轨道电路的信号电流造成很大影响，最终影响到轨道电路的正常工作。

3．应对措施。要求供电部门杜绝此类回流地线的连接方法，将回流地线按照要求连接至扼流变压器的中心连接板位置。

1.4 供电吸上线设置位置不合理

1．故障现象。某站9DG区段为一送一受区段，在该区段的送、受端扼流变压器中心连接板上都设置了吸上线，造成该区段发生断轨故障时，不能显示红光带，无法实现轨道电路断轨检查的功能。

2．原因分析。97型轨道电路利用2根钢轨构成常闭回路，一旦该回路出现断点(即钢轨折断)，直接反应就是轨道继电器落下，控制台出现红光带。如果在同一区段两端的扼流变压器中心连接板上同时连接吸上线，在一侧钢轨出现断轨时，轨道电路可以通过回流线构成闭环工作回路，使轨道继电器保持在吸起状态，也就无法实现其断轨检查。

3．应对措施。杜绝在同一轨道区段两端同时设置回流线，以确保实现断轨检查的功能。

1.5 极端情况下牵引回流不畅造成设备故障

1．故障现象。某站在站内正线上、下行线分别设置了吸上线并进行了横向连接，对岔区侧线部分未设置吸上线，而采取横向连接的方式，将岔区侧线部分的牵引回流引到正线部分，经正线回流线沟通牵引回流通道。当一台电力机车在岔区侧线部分发生放电故障，造成连接侧线横向连接线 (岔区侧线部分连接正线)的扼流变压器电流过大，使扼流变压器损坏，就发生轨道电路红光带故障。此外，偶遇雷击故障，上述位置扼流变压器再次损坏，造成连接正线横向连接线的扼流变压器内的适配器等器材同时损毁。

2．原因分析。正常情况下，该站各处的牵引回流通道是能够畅通的，但是由于岔区侧线部分所有牵引回流都必须经过横线连接线到达正线，经正线部分设置的吸上线回变电所，故在极端情况下，连接正线与侧线的横线连接线两端的扼流变压器所承受的电流过大，会使扼流变压器损坏，造成轨道电路故障。

3．采取措施。将正线与侧线的横向连接线拆除，并在岔区侧线部分增加吸上线，使侧线和正线部分的回流都能够单独构成通道。这样在极端情况下也能够保证牵引回流的畅通，对信号设备形成保护，减小牵引回流对信号设备的干扰和影响，减少设备故障和压缩故障影响范围。

2 供电设备对电缆线路的干扰

电气化铁道牵引电流必须具备回流路径。根据电流连续性原理，总的回流应等于接触线转化的电流。钢轨可作为回流的导体，但由于钢轨敷设在地面上，长度远远大于宽度，其纵向电阻的存在以及交流牵引网在其周围空间存在电场和产生交变磁场，接触网与地回路，轨道与地回路存在感性耦合，必然导致部分回流流入大地，再经大地流回牵引变电所的接地系统。又由于大地并不是一个均匀介质，土壤导电率的值处处随土质而异。特别是当地下设有金属表皮电缆或贯通地线时，地中电流将很大程度地沿此类通道集中流通，电流在其中产生压降而使金属物出现对地电压，并且与铁路并行的电缆或地线，愈靠近铁路，上述现象就愈显著。当对地电压超过规定值时就造成了设备的安全隐患，严重时还将危及操作人员的安全。

2.1 典型案例

1．区间电缆烧损故障。某站站联电缆部分芯线发生短路，后经测试查找确定位置在某桥梁上的电缆槽内。经过对该桥梁电缆槽开盖检查发现电缆烧损。烧损的原因是:该站联电缆外皮接触电缆槽内的电缆槽固定螺栓 (钢制)，在列车通过时桥梁晃动造成长时间的磨损，电缆外皮破损且电缆钢带与电缆槽固定螺栓接触打火，造成电缆烧损，芯线短路。

2．某站X2电缆盒—SN信号机电缆烧损，SN进站信号机不能开放。经测试发现故障电缆与站内贯通地线(铅包铜线，外皮导电)在桥上同一电缆槽(钢槽)内敷设。电缆槽与贯通地线存在压差(最大值达11.6 V，贯通地线电流最大值为50 A)，其相互接近位置放电，因故障电缆与贯通地线距离较近，烧伤严重，造成内部芯线绝缘不良、短路，与电缆钢带相连，最终导致对地绝缘不良。

以上的2起故障都是因供电进入大地的回流，造成电缆钢带和贯通地线等金属通道上出现对地电压，与完全接地体接触时发生放电，最终烧损电缆。针对此类故障首先供电部门要对沿线供电吸上线进行检查，要求站内正线上、下行进站信号机附近各有1处吸上线，区间每2 km设1处吸上线，保证回流通畅，减小进入大地的牵引回流。信号部门应采取将设备贯通地线做好绝缘防护，更换电缆钢槽为复合槽，将电缆槽固定螺栓更换为绝缘螺栓等针对性措施，消除故障隐患。

2.2 设置要求

综上所述，为保证信号设备在正常和极端情况下的稳定运行，减小供电牵引回流对信号设备的干扰，对供电吸上线的设置要求如下。

1．站内正线和侧线的吸上线必须分开设置，将正线与侧线之间的横向连接线断开，保证正线和侧线各位置牵引回流畅通。

2．区间吸上线间隔应≤2 km，如因地形影响无法满足上述要求，应设置空扼流增加吸上线，满足上述要求。

3．在站内、区间所有位置，牵引回流应满足机车在任何位置，前方、后方都有回流通道，在一个回流通道中断的情况下，不会影响正常牵引回流。

4．应在供电和信号专业联合调查后，确定地线设置地点，以避免地线设置不当影响轨道电路正常工作。

5．应将回流线按照要求连接至扼流变压器的中心连接板位置，避免牵引回流对轨道电路的不良影响。

通过以上的故障案例，可以看出供电设备牵引回流对信号设备造成影响是严重的，但是只要供电部门和信号部门加强协作，不断消除故障隐患，必定能够确保设备的正常运行。

［1］ 董玉玺．电化区段如何避免牵引回流对轨道电路的影响［J］ ．铁道通信信号，2008(6)．

［2］ 毕红军.电气化铁道牵引回流分布的理论分析［J］ .北方交通大学学报，1994(02).

［3］ 李制军.浅议电气化铁路牵引供电对铁路信号设备的影响［J］ .西铁科技，2009(01).