机车入库电路对附近轨道电路干扰问题研究

2021-04-03张荃

铁路通信信号工程技术 2021年3期

张荃

（中铁西安勘察设计研究院有限责任公司，西安 710054）

西安局西安机务段检修库附近的轨道电路空闲状态下，经常出现红光带现象，电务段进行多次检修，未发现信号轨道电路设备导致红光带产生的明显问题。一次电务人员在现场调查时发现,检修库库门开合时与地面产生火花，经研究发现，机务段内机车入库电路的电流对轨道电路设备产生干扰。

1 机车牵引入库电路原理研究

机务段电力检修库内不挂网，但库内需要对检修的机车牵引入库，并且移动对位。目前牵引电机为直流电机的交直传动的内燃、电力机车,其引车入库方式较为简单,一般利用由库内地面三相380 V、50 Hz 电源整流后输出的低压可调直流电源,经过可移动的拖线（或牵车棒）从钢轨旁的受流钣条（该受流钣条为平行于轨道辐射的金属钣条）受流（正极）,直接供给牵引电机,经钢轨（负极）形成回路，根据需要牵引机车左右移动到位进行检修，如图1 所示。

图1 检修库直流电流回流示意图Fig.1 Schematic diagram of DC current return paths in maintenance depot

交流传动机车的牵引电机为三相交流电机,无法直接在三相交流牵引电机上加载交流电源（如果用三相电源直接加载牵引电机供电,冲击电流将会达到上千安以上,而且无法直接控制牵引电机转速）[1]。但是可以通过增加设备及控制系统，按照交直传动的内燃、电力机车牵引入库的原理牵引机车入库对位。

2 机车入库电路对信号设备的干扰

机车入库电路的钢轨旁受流钣条放置于地面。检修库内一般为混凝土地面，受流钣条通过库门向库外伸出一定距离，并直接裸露放置于地面，正极通过库内外地面接地。一般情况下接地电阻比较大，入地电流很小，对库外的信号设备影响不大。

但特殊情况下，受流钣条接地良好，车库大门又是铁质的，电化区段要求车库铁门必须接地。当车库门开关时,底面与受流钣条产生刮蹭，造成良好接地现象。或在潮湿天气时[2]，室外若有重物压到金属钣条上，也会造成良好接地现象。这种特殊情况会造成直流电源良好接地，大量电流入地经钢轨回负极。如图1 中虚线所示。

车库的附近一般都会设有轨道电路设备，电路的直流电流经过有轨道电路的扼流变压器钢轨回流时，对轨道电路设备会产生干扰。当两条钢轨回归电流达到一定的不平衡系数量时，轨道继电器就会落下，产生红光带（轨道电路继电器错误动作）。这种看似与信号设备无关的车库内机车移动可调直流电源，在一定特殊条件下，对信号轨道电路设备产生干扰，并严重影响运输效率。因此，必须采取必要措施避免此现象的产生。

3 采取的措施

3.1 机务段检修库附近信号设备应采取的措施

首先确定影响范围。上述对轨道电路的影响，主要是因为库内直流电源的回归电流所致。回归电流与大地导电率、现场设备布置、距回归点的距离和入地电流大小都有关系。因现场情况复杂，很难精确计算。只需大体确定影响范围，即可达到消除红光带，保证运输效率的结果。

电流从大地回钢轨主要按e-γL方式分布，γ为轨道传播常数，L为该点距回归点（负极）的距离，选择γ为1/km 进行估算，经计算后结果如表1 所示。

表1 钢轨回归电流和不平衡电流表Tab.1 Rail return currents and unbalanced electric currents

1)接地电流的选择

表1 中，接地电流以直流可调电源的最大电流进行计算，也就是直流可调电源不同档位电流可能产生的过载峰值。

2）直流不平衡电流对轨道电路的影响

电气化铁路25 Hz 相敏轨道电路设备通过扼流变压器接向轨道，电流流经扼流变压器时，会产生不平衡电流。

不平衡电流的系数与钢轨电流、钢轨阻抗、钢轨对地的接触电阻、大地导电率、钢轨连接线等许多因素有关系。铁路信号要求轨道电路纵向不平衡电流系数不应大于5%，大于5%时就会对轨道电路设备产生干扰[3]。

根据扼流变压器的直流磁化条件，不平衡电流小于10 A 时,不会对25 Hz 相敏轨道电路产生阻抗的要求。选择直流不平衡电流10 A 作为界限。以表1 数值作为参考，确定直流电流对轨道电路的影响范围，为确保直流不平衡电流小于10 A，可采取下面措施：a.电气化区段采用双套连接线[4]，即1 套塞钉连接线，1 套轨端焊接线；b.扼流变压器轨道引接线采用等阻线；c.道岔跳线用加粗的铜线；d.施工工艺的良好等。以上措施都可以有效改善两根钢轨不平衡电流的产生。

3.2 机务段检修库内应采取的措施

引起轨道电路红光带问题主要因为机务检修库移动机车直流电源正极接地导致，因此可采取措施减少或者阻止正极电流入地。

3.2.1 绝缘受流钣条措施

采用外接电源拖线式机车入库的方式，可达到高效、经济、可靠的目的，此方式不仅西安机务段目前应用，在全路的应用也较为普遍。通过对机车入库电路的分析，要解决入库电源电流对信号轨道电路的干扰问题，可通过绝缘受流钣条，来阻止直流电源入地的方法。

混凝土本身具有较高导电性[5]，因此要求机务库内受流钣条不能直接放置于混凝土地面。首先，应挖设基础的沟槽，预留出机车的安全距离，距离线路边1.2 m,可挖深200 mm，宽400 mm 的沟槽，并在沟内放置绝缘线槽，与大地物理隔离。

尽量不要将受流钣条全部裸露在外，库内可以改为受流点式。将受流钣条（正极）放置于绝缘线槽内，每隔2～3 m 在受流钣条上焊接100 mm长，直径为50 mm 宽的金属导电柱[6]，在导电柱涂上绝缘油漆，使导电柱处于绝缘状态。导电柱应保持于一条直线上，并均匀的分布于受流钣条。再采用PVC 线槽盖板将导电柱整体装入绝缘线槽内。PVC 盖板上用钻头钻出直径为50 mm 的孔，并将导电柱顶部受流点裸露在外。将线槽用绝缘胶布密封起来，避免与混凝土地面接触，保证受流点的绝对绝缘。利用不低于500 V 的摇表[7]对导电柱及绝缘线槽进行绝缘测试，要求其绝缘电阻值不低于2 MΩ。

另外，要保证导电柱与检修库的地面在同一水平面，可以采用木头等绝缘材料垫至受流钣条底部，来调节导电柱的高度。最后用混凝土对线槽和基础沟槽间的缝隙进行浇筑，如图2 所示。浇筑完毕后，利用不低于500 V 的摇表对导电柱及绝缘线槽再次进行绝缘测试，进一步保证绝缘电阻不低于2 MΩ。

图2 受流钣条绝缘示意图Fig.2 Schematic diagram of insulation of current-receiving sheet metal strip

库内受流钣条都应按上述方式采取绝缘措施。库门和库外的受流钣条应加装绝缘盖板。库门的底部可刷绝缘油漆，包上绝缘胶带。另外连接受流钣条的拖线也应做绝缘处理，与地面接触的拖线部分可加装木质绝缘套，保证拖线对混凝土地面的绝对绝缘。

对受流钣条、车库大门和拖线的绝缘措施从根源上解决了直流入地的问题，即避免直流电源对信号轨道电路设备的干扰，解决西安机务段检修库附近的轨道电路空闲时出现红光带的问题。经多年的应用，证明此绝缘措施安全可靠。

3.2.2 采用其他机车入库方式解决干扰问题

机车入库的方式有很多种，拖线式只是其中一种，有条件的或新建的检修库可以采取以下方式，避免对轨道电路的干扰问题。

采用内燃调车机车牵引入库的方式。优点：这种方式不需地面和机车增加任何设备,对于机车集中配属模式,投资相对较少，可杜绝对轨道电路干扰问题。缺点：机务段配属专门的调车机车,且调车机车为内燃机车,会对检修库产生空气污染。另外,当机车需要在库内镟轮时,占用调车机车时间长。

采用移动式接触网[8]牵引机车入库方式。库内架设移动式接触网方式,在国外动车检修基地应用的较为普遍,我国动车检修基地也采用该种方式。优点：这种方式不需机车增加任何设备,适合在交流传动电力机车检修基地采用，可杜绝对轨道电路干扰问题。缺点：此方式投资较大,需对于既有检修库进行改造,且机车入库受接触网供电影响,另外机车镟修轮对时不方便。