电气化区段贯通地线敷设方法的研究

王 勇

(中国铁建电气化局集团北方工程有限公司，山西太原 030053)

信号贯通地线是信号综合接地系统的主要组成部分，沿线路两侧与信号电缆通沟(槽)敷设，充分利用沿线桥梁、隧道、路基地段内的接地装置作为接地体，形成低阻等电位，为信号设备接地提供平台。近年来，由于列车速度及牵引重量的不断提升，牵引电流也不断增加，加之信号设备的电磁环境日趋复杂，贯通地线中流过的电流也不断增加，尤其在比较复杂的大型站场尤为明显，信号电缆烧损的现象也时有发生，本文通过对电磁环境、牵引回流、接地连接方式和贯通地线敷设方式的分析研究，采取合理措施，有效降低了贯通地线的电流，降低了烧损信号电缆的风险，保障了信号设备的安全运行。

1 贯通地线中感应电流产生的原因

1．1 电磁场引起的电流

贯通地线沿线路敷设，每隔一定的距离与桥梁、隧道、路基地段内的接地装置连接，贯通地线与大地之间存在接地电阻，随着贯通地线的不断延伸，贯通地线与大地之间的接地电阻不断减小，同时贯通地线存在电阻和电感。敷设在线路两侧的贯通地线实际上处于一个复杂的磁场中，因此将贯通地线和大地等效成电路图如图1所示，R1和R2分别为接地电阻，R和L分别为贯通地线的电阻和电感，假定磁场方向如图1所示，di为产生磁场的牵引回流，dt为作用时间，则感应电动势为a正和b负，E=Ldi/dt，贯通地线的阻抗为Z=R+jωL，则贯通地线中产生的感应电流为ig=E/(Z+R1+R2)=Ldi/dt(Z+R1+R2)。所以，当钢轨牵引回流越大，贯通地线中的感应电流也越大。

图1 模拟电路图

1．2 地回流在贯通地线中产生的电流

牵引变压器的输出端的一端与接触网相连，另一端与钢轨和大地相连，牵引变压器输出的牵引电流经过接触网、牵引机车和钢轨最终回到牵引变压器，大部分牵引回流能通过钢轨回流至牵引变压器，由于钢轨与大地之间通过轨枕、道砟分布着许多小电容及阻抗，这些小的阻抗是通过并联形式连在一起，随着钢轨长度的延伸，分布电容会越来越大，阻抗也越来越小，从钢轨向大地流泄的电流也越来越大，从而地回流也越来越大，等效电路图如图2所示。大地回流和钢轨回流分别视为两个回流支路，同时在贯通地线中产生感应电流并形成叠加，因此贯通地线中的电流会随着与距牵引变压器的距离增加而增加。

图2 钢轨与大地等效模拟电路图

1．3 信号电缆及信号设备的接地电流

贯通地线与信号电缆通沟敷设，为信号设备提供接地平台，信号设备的接地端通过接地线与贯通地线采用“T”形连接，信号设备的接地电流通过贯通地线向大地泄流，同时，信号电缆的钢带和屏蔽层也会产生感应电流(其产生原理同1．1所述)，此感应电流也通过“T”形连接流向贯通地线，随着信号设备和电缆数量的增加，贯通地线中的接地电缆也随之增加。

1．4 牵引回流

我国大部分电气化铁路、客运专线和高速铁路为双线铁路，区间采用无缝钢轨加电气绝缘节，站内咽喉区为机械绝缘节，为了保证牵引回流的畅通，在机械绝缘节的位置设置扼流变压器沟通牵引电流，由于线路上存在曲线造成同一股道的两条钢轨长度不完全相同以及两条钢轨对地之间的阻抗不同，造成两条钢轨中的牵引回流不同，由于上下行行车组织不同，造成两股道上的牵引回流也不同，这样就造成每股道的两条钢轨之间以及上下行股道之间的牵引回流存在差异，因而两条钢轨之间以及上下行股道之间存在电势差，因此需要每隔一定距离的信号设备点设置空扼流变压器平衡两条钢轨之间以及上下行股道之间的电势差，这时，牵引回流会沿着空扼流变压器的中间接点和信号设备的接地端子进入贯通地线，并与其他感应电流形成叠加。

1．5 雷电及其感应电流

由于信号设备和钢轨是处于自然界中，难免受到雷电袭扰，目前所有信号设备都有防雷装置，当雷电击中钢轨或信号设备时，雷电会沿着防雷装置进入贯通地线。在雷电发生的同时往往伴随着强大的电磁场变化，因此在贯通地线以及信号设备中会产生瞬间感应电流，这些瞬间电流也流向贯通地线，从而在贯通地线中形成强大的瞬间电流。

2 贯通地线烧损信号电缆及设备的原因分析

通过以上分析，贯通地线中同时存在多种电流的叠加，这些叠加有时是相互抵消的，有时是正向叠加而增强的。随着贯通地线的延伸，贯通地线会经过不同地质和不同构筑物，贯通地线与大地间的漏泄电阻也会因此不同，所以在某些特殊地段或特殊时段，贯通地线中电流会特别大，因此产生的热量也会瞬间增大，对信号电缆和信号设备造成威胁，严重时会烧损信号电缆和设备。

2．1 贯通地线中电流增大的地段分析

1)距离牵引变压器较远的地段。从本文1．1节的分析中不难看出，距离牵引变压器越远，大地回流越大，贯通地线中的感应电流也越大。2)特殊地质地段。贯通地线沿铁路敷设，由于地质和土质存在的差异，贯通地线与大地之间的漏泄电阻存在较大差异，当经过石质地段、混凝土电缆沟槽、复核材料电缆沟槽、长大隧道地段和长大桥梁地段时，贯通地线与大地之间的漏泄电阻会迅速下降，贯通地线中的电流会迅速增大。3)大型场站和特殊站型地段。大型铁路场站，股道较多，牵引电流在上下行方向的分配差异较大，每条股道的牵引回流差异较大，股道之间的电势差较大。大型场站信号电缆和信号设备较多，所产生的感应电流、漏流也较多，因此贯通地线中电流较大。一般情况下，在车站的进站口和区间信号点设置空扼流变压器和吸上线，将钢轨牵引回流引至回流线，但在某些特殊站型的场站，由于上下线路分离或者两处吸上线位置较远，造成特殊地段的贯通地线中牵引回流增大。

2．2 贯通地线中电流增大的时段分析

1)由贯通地线中电流产生的原因分析中不难看出，贯通地线中电流的大小并不是恒定的，在某些时段或瞬间会异常升高，持续的时间长短也不相同。当高速、重载列车通过，行车密度较大或在列车爬坡时段，钢轨中的牵引回流就会升高，从而引起贯通地线中的电流也增大。2)在雷电密集的时段，由于受到雷电产生的磁场的影响，在短时间内，钢轨、信号电缆、信号设备将产生极大的感应电流，这些电流通过贯通地线向大地泄流。当雷电击中钢轨或信号设备，将在贯通地线中引起极大的浪涌电流，对信号设备构成极大威胁。

3 贯通地线敷设方法的研究

目前，贯通地线一般为35 mm2或70 mm2的铜质导线，沿铁路线路一侧或两侧敷设，信号设备接地端、电缆屏蔽端与贯通地线“T”形连接，并与沿线的桥梁、隧道、路基地段内的接地装置、信号楼的综合接地系统相连接，构成低阻等电位联结。由于贯通地线中的电流随敷设地段、连接设备的不同而存在差异，随着所处环境和列车运行而产生波动，因此，需要针对施工中的实际情况，采用措施，降低贯通地线中的电流，保证信号设备和电缆的安全。

3．1 增大线径和增加接地点

增大线径和降低接地电阻是降低贯通地线中电流的最有效的方法，可根据现场实测数据进行分析，在距离牵引变压器较远的地段、接地电阻较低的地段、长大桥梁和长度隧道地段，采用增大线径的敷设措施，可以采用敷设双贯通地线或沿线路两侧敷设的措施，将线路两侧的设备和电缆分别与两条贯通地线连接。在长大桥梁和隧道地段，要增加与桥梁和隧道接地体的连接点，并对各连接的接地电阻进行测试，当接点的接地电阻大于1 Ω时，需要增加接地点，直至接地电阻小于1 Ω。

3．2 电缆屏蔽层与贯通地线的连接方法

根据国际通用惯例，控制电缆的屏蔽层采用两端接地，并且，电缆的屏蔽层不得断开，这样才能保持屏蔽层的完整性，保证控制电缆不受到外部电磁干扰，但是，电缆屏蔽层中产生的感应电流会影响到其中的控制电缆，电缆屏蔽层与贯通地线的科学合理的连接，对于保证信号电缆和信号设备至关重要。根据多次现场实际测量分析和施工经验，区间电缆的屏蔽层应采用两端接地，并每隔1 km左右，增设与贯通地线的接地点，保证电缆屏蔽层的电流向大地泄流，降低屏蔽层中的感应电流。站内电缆应采用单端接地，即在信号楼分线盘出与综合接地网连接，可有效降低站内贯通地线中的电流。

3．3 大型场站及特殊站型车站的贯通地线敷设

大型铁路场站的股道较多，牵引电流的分配不平衡较大，信号设备及信号电缆较多、电磁环境复杂，如果将站内信号设备的接地端都接入一条贯通地线，贯通地线的电流将会迅速升高，对信号电缆及设备造成极大威胁，根据现场测试数据和施工经验，对于站内股道数大于8或上下行股道数严重不平衡的车站，应在站内单独敷设贯通地线，站内贯通地线与信号楼的综合接地系统相连，从而与区间贯通地线构成低阻等电位。对于一般站型的车站，站场长度应在2．5 km之内，并且上下行站界相差不大，在上下行站界处设置等电位联结并经过吸上线将牵引电流导入回流线。对于站场长度大于2．5 km且上下行站界相差大于100 m的车站，由于钢轨中的牵引回流没有及时通过吸上线导入回流线，上下行股道之间长距离内未进行等电位联结，造成上下行股道之间的电势差较大，需要采取对站内各种连接线的线径加大，同时加固中间接点的焊接点，以疏通牵引回流，并分别在上下行站界设吸上线，同时采用站内贯通地线进行等电位联结。

4 结语

本文针对铁路电气化区段和客运专线贯通地线、信号电缆及设备产生感应电流的原因进行分析，结合施工和调试过程中遇到的实际问题，通过大量的施工实践，总结出了贯通地线的敷设方法以及信号电缆和设备与贯通地线的连接方法，降低了贯通地线、信号电缆中的感应电流，为保障信号电缆和设备安全提供了借鉴，为日后施工和设备维护提供参考和帮助。

［1］ TB 10621-2009，高速铁路设计规范［S］．

［2］ TZ 206-2007，客货共线铁路信号工程施工技术指南［S］．

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