交流电力牵引区段对信号设备的影响及防护

2014-05-09袁天玉

铁路通信信号工程技术 2014年2期

袁天玉

（铁四院工程咨询有限公司，武汉 430063）

1 概述

电气化铁路，是以电能作为牵引动力的一种现代化交通运输工具。因其牵引动力是电能，所以称电力牵引。电气化铁路是由电力机车（或电动车组）和铁路牵引供电系统两大部分组成的。铁路牵引供电系统本身并不产生电能，而是将国家电力系统的电能传送给电力机车（或电动车组）。

2 交流电气化铁路对信号设备的主要影响

由于我国交流电气化铁路牵引网采用的是单相工频25 k V制式，是以接触网—钢轨—大地为回路的非对称性供电系统，因此会造成对铁路附近弱电系统（通信系统、广播系统、无线设施）和输油（气）管道的有害影响。

有害影响源的有效参数包括：牵引供电网的电压；工作电流及相关磁场；短路电流及短路电流有效持续时间；工作电流的高次谐波；弓网之间产生的电弧，牵引供电网或牵引车辆上开关设备切换引起的高频干扰电磁场；干扰源与被干扰设备的几何位置关系等。

对通信、信号系统的有害影响又分为危险影响和干扰影响。

危险影响是指当通信、信号线路受到电气化铁道的感应及入地电流的作用，产生的电压和电流足以危害通信和信号设备的运行、维护人员的生命安全，损坏线路、设备和仪器，或铁路信号的误动等影响。

干扰影响同危险影响类似，是接触网通过感性、容性耦合在通信、信号线路上产生的影响正常运行或工作的影响。

为克服电气化铁路对通信、信号造成的危害和干扰影响，在铁路的通信和信号设计规范中制定专门有针对性的控制标准和防护措施。

3 交流电力牵引区段对信号设备影响及防护

3.1 对轨道电路设备的影响及防护

交流电化区段钢轨既作为信号的传输通道，又作为牵引电流的回归通道，这就要求轨道电路应具备抗牵引电流干扰的能力。当轨道电路的接收设备在调整状态时，不因干扰而错误失磁；在分路状态时，不因干扰而使轨道继电器错误保持吸起。因此，应采用非工频轨道电路。此外，还要求轨道电路分路灵敏度高、具有可靠的绝缘破损防护、能叠加电码，而且设备简单，维修方便，最好能做到一次调整。目前，国内大量使用25 H z相敏轨道电路，也可采用高压不对称脉冲轨道电路、站内电化移频，以及国外多种类型的轨道电路。

3.1.1 侧线股道扼流变压器中性点连接引起的问题

为在同一轨道中既满足轨道电路正常工作，又保证牵引电流的回归，站内一般采用双轨条轨道电路，在绝缘节处加装扼流变压器，相邻轨道电路的扼流变压器的中点需相连。如果全部采用双扼流变压的轨道电路，在中点连接后，则易构成迂回回路，有可能造成在轨道电路不完整或列车占用的情况下失去检查，使继电器错误吸起。如图1所示，在侧线1G处送受电端都装有扼流变压器（即双扼流），当BE一处断线时，则构成如图1中虚线所示的信号电流经由各BE的迂回电路。在1G有车或断轨情况下，1G的轨道继电器有可能经迂回电路而错误吸起。故将其一端的扼流变压器的中点不相连，即可切断迂回电路。

对于特大站，由于股道数量多，仅用两条正线疏通牵引电流，有时牵引电流迂回很长才能到达正线。另外，当电力机车升弓或出发列车在股道上启动时，将引起高压不对称脉冲轨道电路波头波尾电压差减小，轨道继电器会失磁，使出站信号机的允许灯光灭灯，控制台上出现红光带，这将影响运输效率。因此，对于特大站，应与接触网专业协商，请其增设回流点。

3.1.2 交叉渡线轨道电路引起的问题

设有交叉渡线的轨道电路，若按非电化区段布置钢轨绝缘，则会在上、下两个区段（A段及B段）轨道电路有一根钢轨相连如图2所示。在电气化区段因设有扼流变压器，相邻两段轨道电路扼流变压器的中点相连，使上述A、B段轨道电路的另一根轨条通过一定的迂回阻抗也相连，如图2中虚线所示，这就造成轨道电路工作不稳定。

上述问题的解决方法是将两处相连，改为只有一处相连。而电气化区段要求牵引电流的回归是畅通的。所以只有采取在渡线处加装两处绝缘如图3所示，使A、B两段轨道电路完全隔开加以解决。另举例几种错误的交叉渡线绝缘放置方式如图4、5所示。

如图4所示，渡线绝缘放置在该位置导致岔挡的分割没起作用，两个轨道电路区段串通。

如图5所示，交流电气化牵引区段增加的绝缘放置在该位置，导致死区段过长，不满足规范要求，可能影响正常行车。

3.1.3 横向连接设置引起的问题

横向连接是电力牵引区段UM 71或ZPW-2000等无绝缘轨道电路采用的一种连接及接地方式，在双线区段中，利用上、下行两空心线圈或空扼流变压器的中心线相连或连接后接地，其作用是平衡两钢轨间的牵引电流；限制钢轨与大地之间的电压；产生保护性栅格以抵抗电压浪涌；用于疏导牵引电流，构成牵引电流返回连接。

横向连接是为平衡两线间的牵引电流，以及轨道电路防雷和改善干扰状况而设置的，但若设置地点距进站信号机的距离较近，也可能与站内的横向牵引连接线或与吸上线构成串流电路，在断轨时使轨道继电器保持吸起不落下，直接导致轨道电路断轨不检查。

因此在工程设计及施工中要求，客运专线均考虑设置完全横向连接，其完全横向连接之间的间距不应小于1.2 km，也不宜大于1.8 km；普速线横向连接考虑完全横向连接和简单横向连接相结合的设置方案，两个完全横向连接的距离不小于1 500 m，当完全横向连接之间的间距大于2 km时，两者之间设置一处简单横向连接，简单横向连接之间的距离不低于1 000 m。

3.2 对信号电缆的影响及防护

交流电力牵引的接触网对敷设于钢轨旁的信号电缆是个影响源。接触网电压产生的电场影响，由于电场力线终止于导体的表面和地表面，导体内部和大地内层无此电场存在，所以，有金属护套的电缆或埋于地下的非金属护套的电缆都不受电场的影响。应考虑的是接触网电流产生的磁场影响，由于它在信号导线上会产生感应纵电动势，设计时要对其进行计算，以确定信号电缆受磁场影响的大小，如电缆芯线上感应的纵电动势超过危险电压的容许值（设计规范中规定为60 V）时，应采用屏蔽电缆及其他防护措施，即必须采用铝护套电缆，其金属护套应接地。当为多根电缆时，其护套间应设屏蔽连接。信号干线屏蔽电缆的始、终端应设专用地线防护，不得接在扼流变压器中心端子上。