解析南通客整所内动车组升弓打温引起相邻作业站内穿越电流

解析南通客整所内动车组升弓打温引起相邻作业站内穿越电流

顾鸣

中国铁路上海局集团有限公司南京供电段

江苏南京210000

摘要：随着我国电气化铁路普及，越来越多的既有线路进行了电气化改造，在既有线路电气化改造过程中，涉及专业间结合部问题往往容易被忽视，而在实际运行过程中此类结合部问题却愈发突出，本文就南通客整所升弓打温引起南通站内穿越电流问题进行了分析。文中对照轨道电路设备接线图，对南通客整所内升弓打温状态下的牵引回流通路进行分析，并阐述现场对比试验结果，证实了穿越电流是由于牵引电流完全横向连接布置不合理导致的牵引回流通路迂回不畅而引起的。文中针对该问题提出了增设牵引电流完全横向连接或增设回流吸上线的整治方案，并对穿越电流的危害和预防措施进行了简要说明。

关键词：牵引回流；穿越电流；轨道电路；牵引电流完全横向连接；升弓打温

在牵引供电系统中，电力机车通过受电弓在接触线上取流，后经钢轨、回流线和大地流回至牵引变电所，统称为牵引回流。在设有轨道电路的电气化区段，因信号制式原因，每个闭塞区间都会通过绝缘节进行分隔，而设在咽喉岔区的机械绝缘节会阻断钢轨中的牵引电流，可能造成牵引回流通路迂回不畅，在在邻近的停电作业区段内形成较大的穿越电流，危及作业人员人身安全。因穿越电流形成因素多样化，对人体的危害具有不明确性，除采取相应的安全措施外，还需做好牵引回流回路分析，通过改变轨道电路设备的接线方式，保证良好的牵引回流通路，以降低穿越电流在主导电回路中的影响。

1.穿越电流概述

1.1穿越电流的概念

为减少牵引电流在上、下行钢轨间的不平衡淤流，通过设置牵引电流完全横向连接将上、下行钢轨间的牵引电流连通。在进行V停作业时，带电侧的牵引电流会通过牵引电流完全横向连接分流至停电侧，由于吸上线的作用，在停电侧的钢轨和回流线上均存在牵引电流，如若在作业区两端装设接地线，此时作业区内的接触网和钢轨间将形成一个并联的电气通路，使作业区内的接触网承担起牵引分流的作用，统称为穿越电流。

1.2穿越电流的危害

若主导电回路中存在断口，此时牵引回流会经人体导通。经人体分流的穿越电流数值大小与未停电线路的牵引回流大小、整个牵引回路的电气参数、作业时产生分流的形式以及作业人员身体和所持机具的阻抗等多方面因素有关。这种分流与回流线和钢轨中的牵引回流相比，所占比值虽然很小，但人体所能承受的电流值是非常脆弱的，一般不能超过15mA，否则将会有生命危险。

1.3穿越电流的防护措施

（1）作业区段内的接触网主导电回路不得出现开路断口，对于分段绝缘器、隔离开关、电分段绝缘锚段关节等设备必须采取短接措施，确保主导电回路的完整性。

（2）涉及吸回装置拆卸或断线作业时，必须事先做好旁路措施，不得出现断点。

（3）涉及网回、网地间绝缘设备检修时，必须将绝缘设备两侧进行短接，防止回流线回流和地回流通过人体流入接触网。例如绝缘子清扫和双重绝缘子上的回流跳线检修。

（4）作业区段两端均需挂设地线，不得单边挂设。存在分支电路时，确保每处分支方向上均挂有地线。

2.机供、辆供和电供联控方面的相关知识介绍

2.1动车组升弓打温

在天气气温降至0度及以下时，存放动车组车底夜间需按规定升弓取电，进行防冻打温，对影响动车组升弓取电的接触网维修天窗时间不得超过2小时。南通客整所在每年12月至次年1月会有较为频繁的动车组升弓打温作业，因南通客整所是通过轨回流的直接供电方式，打温电流会通过钢轨流入南通站（直供加回流供电方式），再经钢轨、吸上线、回流线和大地流回至牵引变电所。

2.2轨道电路的概念

轨道电路是由钢轨线路和钢轨绝缘构成的电路，用于检测线路车辆占用情况，也用于控制信号装置或转辙装置，整个轨道系统路网划分成多个闭塞区间。对载频信号而言，各闭塞区间相互绝缘，且有各自的发接信号装置。对牵引电流而言，会通过扼流变压器导通各闭塞区间，形成一个连通的牵引回流通路。

2.3轨道电路绝缘节概述

轨道电路中的绝缘节分为两种，一种是电气绝缘节，一种是机械绝缘节。其中电气绝缘节是利用电气谐振原理实现对载频信号的分隔，不构成实质的钢轨绝缘，对牵引电流无任何阻碍，一般设置在区间。而机械绝缘节是通过钢轨分段构成电气上的绝缘，对牵引电流有阻断效果，一般设置于枢纽站场，并通过扼流变压器连通绝缘节两端的牵引回流回路。

2.4道岔区段轨道电路对牵引回流回路的影响

机械绝缘节大量运用于枢纽站场的道岔区段轨道电路中，由于道岔区段轨道电路的绝缘节设置较为复杂，其对轨回流通路的影响也较为明显。以单开道岔为例，需在岔后曲轨和岔前、岔后直轨上分别设置绝缘节，同样通过扼流变压器将单开道岔三个方向的牵引电流连通。但在渡线上一般不设置扼流变压器，此时牵引电流无法流过渡线上的绝缘节，在股道间形成了阻断。枢纽或大型站场的咽喉区存在大量的渡线，可能造成岔区轨回流形成片区阻断，此时需通过跳线连通渡线两端最近扼流变压器的中性连接板，以此连通咽喉区内的牵引电流（见图1）。由此可见，在采用机械绝缘节的道岔区段，尤其是存在大量渡线的枢纽站场，轨道电路设备的安装位置及接线方式决定了牵引电流的回流通路状态及回流路径方式。

3.1过程描述

2018年12月31日，班组在南通站内进行维修作业时，发现南通站219#支柱在回流线和接触网的接地封线钩钉处进行持续放电。南通站219#支柱位于南通站下行末端，所在供电臂为宁启21供电单元，位于南通站（宁启21供电单元）与南通客整所（南通02供电单元）分界处。其中南通站为直供加回流供电方式，南通客整所为直接供电方式，当日在南通客整所内有动车组升弓打温作业。现场作业人员对南通站进行了巡视检查，发现在南通站内共设有3处吸上线，分别位于南通站下行首端003#、上行首端004#、上行末端134#，而在南通站下行末端和站内股道未发现有其余吸上线。

3.2牵引回流回路分析

根据2.4中介绍的牵引电流在道岔区段轨道电路中的导通原则，对照南通站内轨道电路设备接线图进行钢轨回流回路的分析，标画出南通站内牵引回流通路。再模拟南通客整所内动车组升弓打温、南通站内停电检修并接挂地线情况下的牵引回流通路，在接线图上进行标画分析（见图2）。

（1）在南通站下行两端地线未接挂前，南通客整所内的打温电流按照图2中红色箭头指示的轨回流通路，经D16和D14信号机处的两个扼流变压器中性点连接跳线流入3道，再经南通站003#吸上线引至回流线上，最终流向牵引所。从牵引回流路径上可以看出，在南通站上、下行线路间不构成牵引回流通路，此时的牵引回流通路迂回了5350m（2675m钢轨+2675m回流线）。

（2）在南通站下行两端地线接挂完毕后，由于南通站219#回流点相对南通站003#回流点，在整个回流通路上缩短了5350m，此时南通客整所内的打温电流主要通过219#回流线的接地封线将钢轨上的牵引电流引至回流线上，最终流向牵引所。

（3）在南通站下行两端接触网接地封线的作用下，南通站D01#至219#间的接触网同钢轨构成了并联电路。此时会出现以下三种情况：①在牵引电流不大的情况下，电流主要由南通站219#回流线回所；②考虑25mm2接地封线的载流能力，随着南通客整所内升弓打温动车组数量增加，牵引电流成倍的增长，此时仍有部分电流往南通站首端（003#吸上线）方向进行分流。由于接触悬挂相对钢轨的阻抗较小，南通站首端方向的分流主要流经南通站219#至南通站D01#间的接触悬挂，最终通过南通站003#吸上线引接至回流线回所。此时的牵引回流路径主要按照图2中蓝色箭头所示，符合南通站219#回流线接地封线、接触网接地封线先后放电的现象。③当牵引电流足够大时，仍考虑有部分电流通过钢轨流向南通站首端（03#吸上线）方向，此时作业区段内的钢轨、回流线、接触悬挂上均存在牵引电流。

3.4对比试验论证

2019年1月23日，当天在南通客整所内进行升弓打温作业时，在南通站内的作业地线再次出现了钩钉放电现象。现场撤除地线并在护坡下打设接地极，将接地封线的接地端并接在接地极上，举起绝缘杆分别用地线挂钩触碰腕臂和回流线，均不存在放电现象，证实接触网和回流线上不存在引下电流。再用地线挂钩触碰钢轨，此时在挂钩端头进行持续放电，证实了钢轨上存在大量的牵引电流通过接地极构成地回流回所，导致接地封线在钢轨侧有持续的火花放电。

3.5解决方案

（1）在南通站219#旁的D4信号机处的扼流变压器中性点上增设1组吸上线，此时牵引电流主要经过新增吸上线引至回流线，最终流回牵引所。

（2）在D12和D14信号机处的两个扼流变压器中性点上加装连接跳线，将南通站末端上、下行线路间的牵引回流通路连通，通过南通站上行末端134#吸上线引至回流线，最终流回牵引所。

相比未整改前的牵引电流回所路径，上述两种方案均能减少5350m的回所路径，使牵引电流拥有良好的回流通路，能够极大地降低作业区段内穿越电流的影响和危害。

结束语：

受南通客整所内供电方式和南通站内轨道电路设置的影响，在南通客整所内动车组升弓打温期间，牵引电流迂回回所，在南通站内形成穿越电流，导致南通站内作业地线同钢轨间产生持续的放电现象。随着牵引供电系统的快速发展，此类涉及专业间的设备结合部问题也越多越多，缺陷种类也越来越丰富，时常出现一些未曾接触过的新颖问题，对此我们需要做到专业技术精，涉猎知识广，在保障人身及设备安全方面进行不断地思索。这是工电供融合的发展方向，是保障铁路安全运行的新课题。

参考文献

[1]中国铁路总公司运输局供电部.铁总运〔2014〕221号《高速铁路接触网安全工作规则》.北京：中国铁道出版社，2014

[2]中国铁路上海局集团有限公司.上铁师〔2018〕14号《中国铁路上海局集团有限公司普速铁路行车组织规则》

[3]中铁电气化勘测设计研究院有限公司，中铁电气化局集团有限公司.《TB10009-2016铁路电力牵引供电设计规范》.北京：国家铁路局，2016

[4]林瑜筠，付兵.铁路信号基础〔M〕.北京：中国铁道出版社，2004：P117-P119

[5]中国铁路上海局集团公司供电部.供电函〔2017〕96号《牵引供电防感应电、穿越电流伤害指导意见》