电气化铁路牵引电流对信号设备的影响

黄老师

电气化铁路在我国已有50多年了历史，自我国第一条电气化铁路宝成线宝鸡-凤州段于1961年8月正式通车以来，电气化铁路一直对我国铁路重载、高速起到了至关重要的作用。截止到2010年底，我国的电气化铁路里程达到4.2万公里， 占我国铁路总里程的46.2%，电气化铁路运营里程跃居世界第二。但是，电气化铁路牵引供电这一强电专业对铁路信号设备的影响较大，因此而产生的一系列问题，直接影响到列车运行安全。所以如何解决好这些问题，是铁路信号系统要解决的一个重要问题。本文就电气化铁路对信号设备的影响的原因以及目前普遍采用的措施进行分析。
一、 我国电气化铁路采用的供电制式及特点
　　我国目前除工矿的专用铁道及地铁之外，电化铁路的牵引供电制式都采用单相工频（50赫）25千伏交流制，是将高压、三相电力在变电所降压和变成单相后，向接触网供交流电。交流制供电电压较高，供电距离远、牵引电压损耗少，比较经济，但是也存在着会产生显著的电磁干扰缺点。
　　二、电气化牵引供电对信号设备影响的原因
　　牵引供电回路是由牵引变电所—馈电线—接触网—电力机车—钢轨—回流联接—（牵引变电所）接地网组成的闭合回路，在一般情况下，大约一半的牵引电流由钢轨返回牵引变电所，铁路信号轨道电路是以一段轨道的两条钢轨为导体的电气回路，主要由送电端、钢轨、受电端三部分组成。所以，信号轨道电路和牵引电流共用钢轨这个通道，电化区段的两条钢轨，既要作为轨道电路的通道来传输轨道电路电流，又要作为牵引电流的回线来传送牵引电流。两种不同性质的电流在同一钢轨中传输时，将会产生许多问题，下面就几种常见的干扰问题简要分析如下：
　　 1、不平衡电流干扰
　　由于钢轨阻抗不同等因素，往往造成流经两根钢轨上的电流不等，产生不平衡电流，进而在扼流变压器二次侧产生一个感应电动势，使扼流变压器升压，电压升到一定程度就会使轨道继电器误动，造成信号错误显示或有关电路错误解锁。根据施工中总结的经验可知，不平衡电流产生的渠道主要来自轨道电路设备和供电设备。
　　轨道电路设备可以造成（纵向）不平衡电流的原因主要有：(1)轨道电路钢丝绳引线不符合规格（截面积应不小于42mm2）或接触不良。接续线至少应一塞一焊。(2)两钢轨线路状态不一致（如弯道、岔线、渡线等）造成两轨条流过的电流差距较大。(3)连接设备造成的接触电阻不一致，如钢丝绳引接线长短不同，两侧连接方式不同等；(4）扼[论文网 www.ap5u.com]流变压器线圈阻抗差异较大，或轨道电路绝缘破损等。
　　供电设备可以造成（横向）不平衡电流的原因主要有：（1)杆塔接地线只连接在一根轨条上。(2）放电设备不良造成漏电。(3)回流线防护不良，封连单根轨条。
　　我国电气化铁路现行的技术要求电气化区段轨道电路纵向不平衡牵引电流的含量不应大于总牵引电流的5%，也就是不平衡电流系数要小于5%。因此，我们必须从设计、施工中采取多方面措施，来减少不平衡电流的干扰。
　　2、机车升弓电流对信号设备的影响
　　机车升弓电流就是即将启动的瞬间牵引电流。这电流值一般是很高的，流经钢轨时，脉冲电流瞬间冲击使扼流变压器饱和，25HZ信号在几个周期内被消弱，从而使轨道继电器误动，这就造成了某区段闪红光带，使开放的信号关闭。
　　为了避免这个影响，现都采用了加装复示继电器的方法来防止误动，即把复示继电器接点用于联锁电路中。另外还可以采用加装适配器的办法，来消除升弓电流的影响。
　　3、其他干扰
　　现有的供电系统中，接触网为了保证人员的安全和设备的正常运行，通常利用钢轨作为自然接地体，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两根钢轨上，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，就会造成轨道电力红光带；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反击穿，也会影响到信号设备。
　　三、信号设备采取的措施
　　1、区分牵引电流
　　电气化区段以钢轨作为牵引回流通道，而信号设备又是以钢轨作为信号传输通道，即构成完整的轨道电路设备来完成联锁。所以要求轨道电路系统就应具备良好的电磁兼容性。为了使牵引电流分开，故在钢轨绝缘处设置扼流变压器。
　　2、减少钢轨电流的不平衡
　　（1）首先应改善轨端接续线的运用状态，保证两条钢轨阻抗对称相等，其次采用等阻线以改善由于扼流变压器连接                                [/td][/tr]                [/table]
线长度不同而引起阻值不等状况，以此来减少轨道电路的纵向不平衡。 （2）接触网的塔杆接地线不得直接与一侧钢轨连接，应通过火花间隙器间接的接向钢轨。按规则接触网的塔杆接地线应连接在轨道扼流变压器一次侧线圈的中心点上，或沿接触网塔杆装设一条专用的接地线，并间隔一定距离汇接于扼流变压器一次线圈的中心点上，以此来减少轨道电路的横向不平衡。
　　（3）在牵引变电所装设优质地线，以减少变电所附近钢轨内返还的牵引电流量，从而降低钢轨不平衡的干扰电压值。
　　（4）轨道电路接收输入端加装抗干扰适配器（不同的信号设备制式采用的适配器也不同），来缓解冲击电流，减少不平衡电流的影响。
3、选择适当的信号电流频率
　　交流牵引电流为50Hz工频，为了防护轨道电路不受牵引电流及其谐波的影响，轨道电路就必须采用低于50Hz或高于50Hz的电源供电。信号电流的频率增大，轨道上的损耗将增加，轨道电路的长度就要缩短。反之，轨道电路的长度会增长，故信号电流采用25Hz的轨道电路已被广泛使用。25Hz的轨道电路具有在受到牵引电流(基波及谐波)的干扰下,仍能保证完成轨道电路功能的防护干扰的能力。
　　4、增设滤波器防护环节
　　为防止交流牵引电流基波及其谐波电流对轨道电路的干扰，可在轨道电路受电端轨道继电器线圈并接防护盒（防护滤波器），使之滤掉不平衡电流的50 Hz基波及谐波成分，并保证信号电流衰耗很小。
　　5、设置复示继电器
　　主要是在电路中加装轨道复示继电器，轨道复示继电器采用缓放继电器，可以有效阻止瞬间电流的干扰，防止轨道继电器的瞬间误动。
　　以上列举了电气化铁路牵引供电对信号设备影响的主要因素，并就目前采取的防护措施进行了分析，希望对了解、学习、探讨该方面知识能起到启示和参考作用。                                [/td][/tr]                [/table]