接觸網(wǎng)作業(yè)中軌道電路紅光帶故障分析

付永鵬，劉金虎

0 引言

在進(jìn)行接觸網(wǎng)作業(yè)及故障搶修時(shí)，接觸網(wǎng)臨時(shí)地線的裝設(shè)是接觸網(wǎng)作業(yè)安全的保障，但由于站場(chǎng)或者岔區(qū)等地點(diǎn)軌道電路的復(fù)雜性和臨時(shí)地線操作人員缺乏相關(guān)軌道電路知識(shí)等原因，在接掛地線時(shí)容易造成軌道電路紅光帶，影響行車秩序。

1 案例分析

1.1 故障概況

2021年8月8 日2：09，烏魯木齊供電段烏西供電車間駐站聯(lián)絡(luò)員在烏西站登記，處置烏西站上行正線SL16信號(hào)機(jī)至SL24信號(hào)機(jī)間D004號(hào)接觸網(wǎng)支柱隔離開關(guān)觸頭打火故障。2：35行調(diào)下達(dá)51005號(hào)命令，電調(diào)下達(dá)81044號(hào)命令，停電時(shí)間2：40—3：15。2：45供電人員采取接地措施后開始作業(yè)，3：05作業(yè)完畢，3：07拆除地線，3：10送電。3：02烏西站值班員發(fā)現(xiàn)烏西站上行正線SL16信號(hào)機(jī)至SL24信號(hào)機(jī)間軌道電路紅光帶，現(xiàn)場(chǎng)情況見圖1。

圖1 烏西站紅光帶現(xiàn)場(chǎng)示意圖

1.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及原因分析

為查明此次紅光帶出現(xiàn)的原因，烏魯木齊供電段提報(bào)停電計(jì)劃，組織專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)開展試驗(yàn)。共進(jìn)行了4次接掛地線操作，分別驗(yàn)證在不同位置接掛地線后軌道電位的變化。試驗(yàn)示意圖如圖2所示，試驗(yàn)過程如下：

圖2 試驗(yàn)示意圖

第1次：在D10支柱回流線和接觸線上安裝接地線（距離SL24信號(hào)機(jī)300 m），在接掛地線的同時(shí)軌道電壓從未接掛地線前的 18.8 V下降到10.2 V，但未超過軌道電位7.4 V的最低閾值，軌道電路未顯示紅光帶。

第2次：保留D10支柱上的接地線，在D2支柱接觸線和回流線上安裝接地線（距離SL24信號(hào)機(jī)100 m），在安裝接地線的同時(shí)，SL24—SL16區(qū)段軌道電路顯示紅光帶。

第3次：拆除D10支柱上的接地線，在D2支柱接觸線和回流線上安裝接地線，在安裝接地線的同時(shí)，SL24—SL16區(qū)段軌道電路顯示紅光帶。

第4次：拆除所有接地線，在D4支柱接觸線和回流線上安裝接地線（距離SL24信號(hào)機(jī)150 m），SL24—SL16區(qū)段未顯示紅光帶，軌道電位也未發(fā)生變化。

通過分析以上試驗(yàn)可以得出造成2021年8月8日烏西站上行正線SL16與SL24信號(hào)機(jī)間軌道電路紅光帶的原因：接觸網(wǎng)接地封線越靠近軌道電路的接收端，軌面電壓越低，導(dǎo)致軌道電壓波動(dòng)超越下限，造成軌道電路紅光帶。

2 紅光帶產(chǎn)生原因的理論分析

2.1 軌道電路

軌道電路由送電端設(shè)備、軌道線路、受電端設(shè)備、鋼軌絕緣節(jié)和鋼軌接續(xù)線組成[1]。鐵路線路上的兩根鋼軌作為導(dǎo)體，鋼軌間的軌縫采用接續(xù)線連接，兩端軌縫裝有鋼軌絕緣，一端送電，另一端受電，這樣構(gòu)成的電氣閉環(huán)回路稱為軌道電路。

在電氣化鐵路區(qū)段，牽引電流同樣經(jīng)鋼軌回流，為避免鋼軌絕緣節(jié)對(duì)牽引回流的影響，在絕緣節(jié)處設(shè)置扼流變壓器，同時(shí)可以防止?fàn)恳娏鲗?duì)信號(hào)電流的干擾。軌道電路中信號(hào)電流與牽引電流分布如圖3所示。

圖3 軌道電路及牽引電流流經(jīng)示意圖

當(dāng)軌道無車占用時(shí)，受電端的繼電器可靠吸起，軌道電路呈空閑狀態(tài)，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖顯示該軌道電路為正常光帶，為空閑[2]。當(dāng)軌道有車通過時(shí)，軌道被占用，由于列車輪對(duì)的電阻遠(yuǎn)小于軌道電路線圈電阻，軌道電流大部分流經(jīng)列車輪對(duì)，此時(shí)軌道繼電器可靠落下，軌道電路呈占用狀態(tài)，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖顯示該軌道電路為紅色光帶。

2.2 扼流變壓器工作原理

扼流變壓器的作用是為了連通牽引回流，同時(shí)阻擋信號(hào)電流的通過，其工作原理如圖4所示。圖中，1、2端為一次側(cè)，4、5端為二次側(cè)，3為接線端中性點(diǎn)。

圖4 扼流變壓器工作原理

扼流變壓器對(duì)軌道電路的作用：兩條鋼軌輸入25 Hz、具有一定電壓差的電壓，在扼流變壓器一次側(cè)產(chǎn)生電位差，經(jīng)過升壓，將升壓后的電壓接到電務(wù)設(shè)備（扼流變壓器變比為 1∶3，電氣化區(qū)段電務(wù)設(shè)備變比約為 13.9∶1，發(fā)送端設(shè)備自室內(nèi)向鋼軌降壓，接收端設(shè)備自鋼軌至室內(nèi)升壓，軌道繼電器軌道線圈上的有效電壓應(yīng)不小于 15 V，軌道繼電器軌道線圈上的分路電壓應(yīng)不大于7.4 V）。

扼流變壓器對(duì)牽引電流的作用：在電力機(jī)車行駛的區(qū)段，機(jī)車受電弓在接觸線上接取工頻50 Hz的牽引電流。由于軌道和大地之間不完全絕緣，牽引電流一部分需流經(jīng)大地，因此兩根鋼軌也存在牽引電流，且兩根鋼軌中的牽引電流在正常情況下大小相等，即圖4中I1=I2。I1經(jīng)過1線端進(jìn)入扼流變壓器，在3線端流出，在扼流變壓器1、3線端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)E。I2經(jīng)過2線端進(jìn)入扼流變壓器，在3線端流出，由于I1和I2在扼流變壓器內(nèi)方向相反，在扼流變壓器2、3線端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)?E，因此在牽引線圈接線端1、2處產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為零，在信號(hào)線圈 4、5接線端不產(chǎn)生電壓或電流，同時(shí)I1、I2經(jīng)過中性線3接線端進(jìn)入回流線，達(dá)到扼流變壓器連接牽引回流阻斷信號(hào)電流的目的。

鋼軌中牽引電流不平衡程度用不平衡系數(shù)K表示，K=(I1?I2) / (I1+I2)。當(dāng)K≥5%時(shí)，會(huì)在扼流變壓器的信號(hào)線圈處產(chǎn)生較大電動(dòng)勢(shì)，引發(fā)軌道電路紅光帶或燒毀電務(wù)設(shè)備[3]。

3 臨時(shí)地線影響軌道電路的3種情況

3.1 臨時(shí)地線接在兩根鋼軌上

如圖5所示，如接觸網(wǎng)作業(yè)的臨時(shí)地線接在同一軌道區(qū)段的兩根鋼軌上，造成軌道電路發(fā)送電流經(jīng)鋼軌至臨時(shí)地線1，再通過接觸網(wǎng)至臨時(shí)地線2，最終通過鋼軌回到發(fā)送端，該連接方式相當(dāng)于對(duì)兩根鋼軌進(jìn)行短路，造成接收設(shè)備無電，產(chǎn)生軌道電路紅光帶。

圖5 臨時(shí)地線接在兩根鋼軌上

3.2 臨時(shí)地線接在絕緣節(jié)兩端

如圖6所示，接觸網(wǎng)作業(yè)的兩根臨時(shí)接地線連接在相鄰軌道電路的同一鋼軌上，此時(shí)軌道電路1的電流經(jīng)過臨時(shí)地線1至接觸網(wǎng)，再經(jīng)過臨時(shí)地線2到達(dá)軌道電路2的鋼軌，相當(dāng)于絕緣節(jié)被短路。對(duì)于25 Hz軌道電路，相鄰軌道電路間存在極性交叉檢查，即同一絕緣節(jié)兩端不能短路，可以理解為同一軌道電路的其中一根鋼軌加載正電源，另一鋼軌加載負(fù)電源，而絕緣節(jié)的兩端一側(cè)為正電，另一側(cè)為負(fù)電。當(dāng)絕緣節(jié)兩側(cè)短路后，電源被相互抵消，接收設(shè)備將接收不到電流或接收到較低的電流，造成軌道繼電器無法吸起，產(chǎn)生紅光帶。

圖6 臨時(shí)地線接在絕緣節(jié)兩端

3.3 回流線的臨時(shí)地線距軌道電路接收端較近

當(dāng)回流線臨時(shí)地線距軌道電路接收端較近時(shí)，軌道電流通過臨時(shí)接地線1、回流線、吸上線以及1/2牽引線圈與兩鋼軌構(gòu)成回路，此時(shí)接收端鋼軌電壓與室內(nèi)軌道繼電器線圈電壓變比由 1∶3∶13.9變?yōu)?∶1.5∶13.9。正常情況下接收端軌面電壓在0.5 V左右，變比到軌道繼電器線圈的電壓為20.85 V左右；在該連接方式下，變比到軌道繼電器線圈的電壓約為10.425 V。軌道繼電器軌道線圈上的有效吸起電壓應(yīng)不小于 15 V，分路電壓應(yīng)不大于7.4 V，線圈電壓在7.4～15 V范圍內(nèi)時(shí)，繼電器有可能吸起，也有可能落下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，一般情況下25 Hz軌道電路繼電器（二元二位繼電器）在電壓大于10 V時(shí)吸起，因此考慮其他不利情況，如越靠近接收端軌面電壓越低、軌道電壓波動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整電壓較低等情況，該接線方式不易造成軌道電路紅光帶。

根據(jù)扼流變工作原理，在同一軌道電路區(qū)段，越臨近扼流變安裝接地線時(shí)（0～100 m范圍值），接地線與吸上線形成閉合回路，扼流變牽引線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)降低，在二次側(cè)信號(hào)線圈上的感應(yīng)電壓相應(yīng)降低，造成軌道電路紅光帶。通過以上分析可以得出蘭新線烏西站“8.8”紅光帶產(chǎn)生的原因，如圖7所示。

圖7 烏西站紅光帶產(chǎn)生原理接線

4 接觸網(wǎng)檢修作業(yè)中紅光帶的防控措施

接觸網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中極易造成軌道電路紅光帶，主要原因有：

（1）檢修作業(yè)中掉落的鐵線、長(zhǎng)大零件或在搬運(yùn)梯車過程中梯車框架等非絕緣材料短接鋼軌，造成一個(gè)軌道電路區(qū)段紅光帶。另外，在接觸網(wǎng)靜態(tài)測(cè)量過程中，鋼卷尺連接鋼軌、激光測(cè)量?jī)x傾倒短接鋼軌、在車站道岔區(qū)測(cè)量時(shí)測(cè)量?jī)x短接軌縫絕緣節(jié)，均會(huì)造成軌道電路紅光帶問題。

（2）接觸網(wǎng)檢修作業(yè)時(shí)臨時(shí)地線裝設(shè)引起紅光帶，該情況比較普遍，也最具典型性。軌道電路紅光帶發(fā)生的地點(diǎn)主要在站場(chǎng)或岔區(qū)、上下行扼流變連通處及牽引回流匯集處，尤其是牽引變電所亭上、下行牽引回流集中的位置最容易發(fā)生。

為避免軌道電路紅光帶的產(chǎn)生，采取防控措施如下：

（1）嚴(yán)格執(zhí)行《接觸網(wǎng)安全工作規(guī)則》有關(guān)規(guī)定：接地線應(yīng)可靠接在鋼軌上，且不應(yīng)跨接在鋼軌絕緣兩側(cè)、道岔尖軌處，必須跨接在鋼軌絕緣兩側(cè)時(shí)，應(yīng)封閉線路；地線穿越或跨越股道時(shí)，必須采取絕緣防護(hù)措施。

（2）在同一軌道電路區(qū)段，當(dāng)回流線臨時(shí)地線距軌道電路接收端較近時(shí)，距離不得小于150 m（當(dāng)小于150 m時(shí)接收端軌面電壓越低、軌道電壓波動(dòng)時(shí)，易造成軌道電路紅光帶）。

（3）軌道繼電器交流端電壓應(yīng)調(diào)整于 10.5～16 V范圍內(nèi)[4]，當(dāng)在同一軌道電路區(qū)段采用本文3.3節(jié)所述連接方式時(shí)，可以有效防止軌道電路紅光帶。

（4）“V?！弊鳂I(yè)裝設(shè)地線時(shí)，為確保軌道電路接收端鋼軌電壓與室內(nèi)軌道繼電器線圈電壓變比 1∶3∶13.9不變，在鋼軌上安裝接地靴前必須使用鋼絲刷對(duì)鋼軌進(jìn)行徹底打磨，保證良好的接觸性，減少因感應(yīng)電壓產(chǎn)生軌道不平衡電流導(dǎo)致出現(xiàn)紅光帶的風(fēng)險(xiǎn)。

（5）加強(qiáng)接觸網(wǎng)專業(yè)的設(shè)備管理，梳理臨時(shí)地線可能引起軌道電路紅光帶的場(chǎng)所，在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)，將其納入封鎖范圍及過程控制[5]；加強(qiáng)供電、電務(wù)部門聯(lián)控，梳理結(jié)合部問題；做好非正常情況下的信息互通。

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)蘭新線烏西站紅光帶及扼流變工作原理分析可知，在同一軌道電路區(qū)段內(nèi)的不同位置安裝接地線，軌道電壓的降低并不具有一定規(guī)律性。針對(duì)在站場(chǎng)吸上線扼流變兩側(cè)的軌道電路區(qū)段回流線上安裝地線能造成軌道電位變化甚至引起紅光帶的問題，在不同的位置接地，軌道電位顯示發(fā)生變化。在接觸網(wǎng)作業(yè)時(shí)，需對(duì)地線位置進(jìn)行重點(diǎn)防控，防止出現(xiàn)軌道電路紅光帶及影響作業(yè)和行車安全的情況。