牽引返回電流軌道網(wǎng)飽和電工抗器

1、牽引返回電流軌道網(wǎng)飽和（防護(hù)）電抗器研究報(bào)告一、課題的來(lái)源我國(guó)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(yíng)業(yè)里程達(dá)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(kāi)始絕大部分改造、大修、新建為25Hz相敏軌道電路，從2000年開(kāi)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(wú)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(jiàn)：1991年中國(guó)鐵道出版社出版的25Hz相敏軌道電路（第一版）第六頁(yè)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(gè)扼流變壓器均呈斷線故障時(shí)，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(guó)鐵道出版社出版的25Hz相敏軌道電路（第二版）第十二頁(yè)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(gè)扼流變壓器均呈斷線故障時(shí)，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(guó)鐵道出版社出版的25Hz相敏軌道電路（第三版）第十六頁(yè)的主要技術(shù)指標(biāo)中第7條進(jìn)一步介紹了97型25

3、Hz相敏軌道電路“在無(wú)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(diǎn)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(cuò)誤吸起。圖1就是一個(gè)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(cuò)誤吸起。這并非制式本身帶來(lái)的問(wèn)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(guò)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(wèn)題。2004年10月俄羅斯鐵路信號(hào)雜志中專門對(duì)由于第三軌引起的斷線檢查問(wèn)題做了分析，提出，所有情況下連向扼流變壓器中點(diǎn)的回饋導(dǎo)線和接地裝置總的旁路線路信號(hào)電流的電阻(R0)在一個(gè)軌道電路范圍內(nèi)構(gòu)成連通的，不應(yīng)該小于5，同時(shí)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(diǎn)旁路電路的信號(hào)電流25Hz時(shí)的電阻不小于2。

5、當(dāng)不能滿足上述條件時(shí)，規(guī)定等電位線向外移，在任何情況下迂回回路的長(zhǎng)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(hào)2008年第6期電化區(qū)段如何避免牽引回流對(duì)軌道電路的影響一文中寫(xiě)道，為了確保軌道電路扼流變壓器單斷時(shí)有分路保證，必須實(shí)現(xiàn)以下設(shè)計(jì)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(jì)為一頭堵（避免出現(xiàn)信號(hào)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(jìn)站信號(hào)機(jī)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(gè)車站盡量在一端裝設(shè)。但現(xiàn)場(chǎng)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(duì)這個(gè)難題，進(jìn)行了分析研究。在無(wú)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(wèn)題，只有在有迂回回路時(shí)問(wèn)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(wèn)題的分析和計(jì)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(shuō)明，我們?cè)诜治鲋兄豢紤]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(diǎn)為扼流斷線）：圖3 其等效簡(jiǎn)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?，若此時(shí)出現(xiàn)軌道電路斷線，回路中的電流通過(guò)扼流變壓器的半個(gè)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(wú)第三軌存在時(shí)的電壓。當(dāng)逐漸加大第三軌阻抗時(shí)，軌道繼電器電壓逐漸降低，在達(dá)到臨界值時(shí)，軌道繼電器可靠落下。當(dāng)?shù)谌壚^續(xù)增大至無(wú)窮大時(shí)，即軌道電路不存在迂回回路時(shí)，軌道電路斷線，則軌道電路無(wú)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(wú)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?？偨Y(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(gè)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(wú)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(gè)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(zhǎng)度6Km，斷線殘壓4.9V（落下值7V）日本國(guó)鐵相隔2個(gè)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(shí)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(bǔ)充規(guī)范

9、）方案3：（俄）電抗器防護(hù)（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?cè)诖嘶A(chǔ)上移植），出自中國(guó)鐵道出版社1986版“接地設(shè)備對(duì)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(hù)盒（余量太?。┓桨?：第二設(shè)計(jì)院采取嚴(yán)格斷開(kāi)迂回，北京電鐵通號(hào)院采取嚴(yán)格斷開(kāi)迂回（我們?nèi)睓?quán)威部門補(bǔ)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(shí)，可以使用飽和電抗器（防護(hù)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(wèn)題速度快，易施工安裝，花費(fèi)一定的費(fèi)用，但存在一定的功耗損失。圖5簡(jiǎn)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(wèn)題，但余量很小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)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(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)1、室外試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1華山站46-50DG測(cè)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/