1、牽引返回電流軌道網(wǎng)飽和（防護）電抗器研究報告一、課題的來源我國交流電氣化在節(jié)能、提效與清潔能源的要求下飛速發(fā)展，到2006年底為止交流電力牽引鐵路的營業(yè)里程達到22170Km，在世界鐵路排行第二。在電氣化鐵路站內(nèi)軌道電路制式自80年代開始絕大部分改造、大修、新建為25Hz相敏軌道電路，從2000年開始要求全部改造、新建為97型25Hz相敏軌道電路，但由于電氣化區(qū)段牽引返回電流軌道網(wǎng)技術(shù)結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求和技術(shù)管理的研究不到位，以及牽引返回電流軌道網(wǎng)無可靠的依據(jù)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，造成軌道網(wǎng)設(shè)施相互連接（扼流、連接線、回流線、吸上線、接地線、等電位線、貫通線）構(gòu)成了了軌道電路的迂回電路，使軌道電路在故障情

2、況下，失去安全檢查。從舊型25Hz相敏軌道電路的技術(shù)要求可見：1991年中國鐵道出版社出版的25Hz相敏軌道電路（第一版）第六頁的主要技術(shù)指標(biāo)中第8條明確指出“僅雙扼流軌道電路同側(cè)的兩個扼流變壓器均呈斷線故障時，本制式不能確保有可靠的分路檢查。其他故障均有可靠的分路檢查”。2001年中國鐵道出版社出版的25Hz相敏軌道電路（第二版）第十二頁的主要技術(shù)指標(biāo)中第8條同樣指出“僅雙扼流軌道電路同側(cè)的兩個扼流變壓器均呈斷線故障時，本制式不能確保有可靠的分路檢查。其他故障均有可靠的分路檢查”。2004年中國鐵道出版社出版的25Hz相敏軌道電路（第三版）第十六頁的主要技術(shù)指標(biāo)中第7條進一步介紹了97型25

3、Hz相敏軌道電路“在無迂回回路的條件下，任何故障均有可靠的分路檢查”。在電氣化牽引區(qū)段，如果全部采用雙軌條的軌道電路，車站兩端相鄰兩正線扼流變壓器中點用等電位線（橫向連接線）相連，則牽引返回電路軌道網(wǎng)構(gòu)成第三軌迂回回路，有可能在軌道電路不完整或有列車占用的情況下失去檢查，使軌道繼電器錯誤吸起。圖1就是一個有迂回回路可能在軌道電路不完整情況下失去檢查的例子。圖1中虛線為迂回電路的徑路，1G區(qū)段軌道繼電器在有車占用或斷線的情況下，可能經(jīng)迂回電路而錯誤吸起。這并非制式本身帶來的問題，而是由于上述原因產(chǎn)生的迂回回路造成的。圖2牽引返回電流軌道網(wǎng)電路原理。造成迂回的還可能由回流線、吸上線、接地線、貫通線

4、等構(gòu)成。而且隨供電部門加設(shè)回流集中接地愈趨嚴(yán)重。圖1軌道電路的迂回回路徑路示意圖圖2牽引返回電流軌道網(wǎng)電路原理二、解決方案由于牽引返回電流軌道網(wǎng)中迂回回路的存在，使得在電氣化區(qū)段正線扼流斷線的故障下，軌道繼電器不能落下，或超過其可靠落下值，存在著一定的安全隱患。俄羅斯同樣存在此問題。2004年10月俄羅斯鐵路信號雜志中專門對由于第三軌引起的斷線檢查問題做了分析，提出，所有情況下連向扼流變壓器中點的回饋導(dǎo)線和接地裝置總的旁路線路信號電流的電阻(R0)在一個軌道電路范圍內(nèi)構(gòu)成連通的，不應(yīng)該小于5，同時按供電接地設(shè)備指南(.)允許接回饋導(dǎo)線到扼流變壓器中點旁路電路的信號電流25Hz時的電阻不小于2。

5、當(dāng)不能滿足上述條件時，規(guī)定等電位線向外移，在任何情況下迂回回路的長度不小于6Km。斷線監(jiān)督軌道繼電器的殘壓4.9V（-13落下值7V）鐵道通信信號2008年第6期電化區(qū)段如何避免牽引回流對軌道電路的影響一文中寫道，為了確保軌道電路扼流變壓器單斷時有分路保證，必須實現(xiàn)以下設(shè)計原則。1、在遠(yuǎn)離牽引變電所一側(cè)的軌道電路的送或受電端設(shè)計為一頭堵（避免出現(xiàn)信號迂回電路）。即兩平行軌道的軌道電路之間不能出現(xiàn)閉環(huán)電路。2、車站進站信號機處扼流變壓器中心端子與另一條相鄰線路離去區(qū)段入口端扼流變壓器中心端子之間必須用連接線連接。此種連接每個車站盡量在一端裝設(shè)。但現(xiàn)場牽引回流線的添加，ZPW-2000 貫通等電位

6、線的完全接地方式，加重了正線間軌道電路的迂回。針對這個難題，進行了分析研究。在無迂回回路、或一頭堵的條件下不存在牽引返回電流軌道網(wǎng)斷線不檢查的問題，只有在有迂回回路時問題才存在。軌道電路斷線狀態(tài)的研究是軌道電路理論中較為復(fù)雜的部分，因此有關(guān)此問題的分析和計算是建立在許多假設(shè)基礎(chǔ)之上的。在此，為了方便研究和說明，我們在分析中只考慮終端阻抗和軌道電路迂回回路等構(gòu)成的第三軌阻抗，假設(shè)其他影響因素為固定的數(shù)值。若軌道電路斷線，如圖3所示（圖中A點為扼流斷線）：圖3 其等效簡化電路如圖4所示： 圖4圖4中Rs為送電端視入阻抗，Rz為終端阻抗，Rg為完好鋼軌的阻抗，Rx為由牽引回流構(gòu)成的軌道電路迂回回路和

7、吸上線等構(gòu)成的第三軌阻抗。當(dāng)?shù)谌壸杩篂榱悖舸藭r出現(xiàn)軌道電路斷線，回路中的電流通過扼流變壓器的半個牽引線圈給軌道繼電器供電。如果忽略鋼軌阻抗的影響，軌道繼電器電壓即為鋼軌完好且無第三軌存在時的電壓。當(dāng)逐漸加大第三軌阻抗時，軌道繼電器電壓逐漸降低，在達到臨界值時，軌道繼電器可靠落下。當(dāng)?shù)谌壚^續(xù)增大至無窮大時，即軌道電路不存在迂回回路時，軌道電路斷線，則軌道電路無法構(gòu)成電氣上完整地通路，繼電器電壓為零。綜上所述，改變軌道電路斷線無檢查的最根本辦法是，取消迂回回路，或改變牽引電流的走行方式。總結(jié)上述發(fā)生失去檢查的原因及采取的技術(shù)措施可以列出下表：舊型雙扼流（第一版）25Hz相敏軌道電路送、受同側(cè)

8、兩個扼流變壓器斷線不能確保有可靠分路牽引返回電流軌道網(wǎng)有迂回通道（原因）扼流間、軌道線間、等電位連接線、回流線、吸上線、接地線、貫通線，接扼流中心造成迂回97型在無迂回回路的條件下，任何故障均有可靠的分路檢查（第三版）（第二版）25Hz相敏軌道電路送、受同側(cè)兩個扼流變壓器斷線不能確保有可靠分路方案2：（俄）a)兩扼流中心間連接接地設(shè)備的輸入阻抗模值5。b)線間橫向連接線所形成電路中沿相鄰回路和平行回路迂回線長度6Km，斷線殘壓4.9V（落下值7V）日本國鐵相隔2個軌道電路以上才能設(shè)置交叉線（等電位線）。能否設(shè)置必須確定扼流送電端斷線時軌道繼電器電壓降到落下值的2/3以下（我們?nèi)睓?quán)威部門補充規(guī)范

9、）方案3：（俄）電抗器防護（80年代）串在軌道網(wǎng)迂回回路電路中，直接使用交流電化扼流變壓-0.6-500（取500A）并電容，Z50Hz=3、5、6（我們在此基礎(chǔ)上移植），出自中國鐵道出版社1986版“接地設(shè)備對軌道電路的影響”方案4：改用高返回系數(shù)電子相敏接收器或電子防護盒（余量太小）方案1：第二設(shè)計院采取嚴(yán)格斷開迂回，北京電鐵通號院采取嚴(yán)格斷開迂回（我們?nèi)睓?quán)威部門補充規(guī)范）三、方案的比較方案1：效果最好，成本最低。方案2、同方案1，應(yīng)研究技術(shù)管理的條文。方案3、牽引返回回流軌道網(wǎng)在大站，變電所站，集中地線站，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且有供電部門添加回流線的合理要求時，可以使用飽和電抗器（防護電抗器

10、），安裝方式參考圖5、6、7要求斷線后股道繼電器殘壓降到落下值2/3以下，暫按俄羅斯交通部要求，分檔次選擇電抗器的容量和各種數(shù)據(jù)。效果明顯，解決問題速度快，易施工安裝，花費一定的費用，但存在一定的功耗損失。圖5簡單迂回圖6復(fù)雜迂回（雙回流集中接地加重了迂回）圖7大環(huán)套小環(huán)，小環(huán)應(yīng)改為一頭堵，再按圖5、或圖6處理方案4、能解決部分問題，但余量很小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達不到殘壓要求小于落下值2/3的嚴(yán)格要求。（俄式標(biāo)準(zhǔn)）四、3V化現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)1、室外試驗數(shù)據(jù)如表1華山站46-50DG測試數(shù)據(jù)狀態(tài)46-50DG（電壓/相位）46-50DG1（電壓/相位）46-50DG2（電壓/相位）初始狀態(tài)調(diào)整狀態(tài)19.3/65.819.9/6319.9/63.9送端斷線10.1/54.910.4/51.610.4/51.7主受端斷線12.7/55.921.4/63.621.5/64.6斷送端扼流中心線后狀態(tài)調(diào)整狀態(tài)19.9/66.220.5/63.320.5/64.2主受端斷線0.9/66.224.5/62.824.8/64.4斷送端扼流中心線，增加飽和電抗器后狀態(tài)調(diào)整狀態(tài)19.5/65.719.7/62.720.2/63.7送端斷線0.6/540.8/