段廷華

0 引言

武廣客運(yùn)專線行車閉塞以3 min 為正向列車追蹤行車間隔，以CRH-3 型雙動(dòng)車重聯(lián)編組運(yùn)行，每臺(tái)動(dòng)車功率8 800 kW，最大牽引電流每編組車輛為782 A。以AT 供電方式構(gòu)成牽引供電網(wǎng)，每個(gè)供電臂平均長(zhǎng)達(dá)26 km，供電臂末端最低網(wǎng)壓19 kV，AT 分區(qū)所最大饋線電流880 A。

通過(guò)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，動(dòng)車以時(shí)速300 km 通過(guò)分相時(shí)，時(shí)速平均下降15 km 左右。以時(shí)速350 km 通過(guò)分相時(shí)，在分相區(qū)域從斷標(biāo)位置到合標(biāo)位置的速度差，最低 8 km/h、最高35 km/h，可以看出，高速動(dòng)車運(yùn)行速度受動(dòng)力影響或者說(shuō)受網(wǎng)壓網(wǎng)流的影響相當(dāng)敏感。

用復(fù)數(shù)阻抗計(jì)算動(dòng)車運(yùn)行時(shí)的軌回流，影響較大的是回流電纜長(zhǎng)度和通道中各連接點(diǎn)的接觸電阻。因此，要保持動(dòng)車350 km/h 恒速運(yùn)行以滿足速度需求，在網(wǎng)壓正常的前提下，保障軌回流暢通、提高通道質(zhì)量是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。

軌回流通道通常由接觸網(wǎng)和信號(hào)2 個(gè)專業(yè)分別完成設(shè)計(jì)和施工，如果在工程接口部出現(xiàn)問(wèn)題，將影響軌回流通道暢通。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 供電回路及軌回流通道分析

供電回路及軌回流通道原理見(jiàn)圖1。

圖1 供電回路及軌回流通道原理圖

圖1 中，T、F 間電壓55 kV，TF 與JD 間電壓27.5 kV，JD 為中性接地和軌回流端。

從圖1 中可以看出，軌回流通道由變電所接地箱分別引出至信號(hào)扼流變壓器、接觸網(wǎng)PW 保護(hù)線（以下簡(jiǎn)稱PW 線）和地網(wǎng)構(gòu)成的大地回流3 條通道組成。

從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)來(lái)看，動(dòng)車通過(guò)閉塞分區(qū)時(shí)，經(jīng)信號(hào)扼流變壓器中性點(diǎn)到大地的回路電流約為30～70 A，占總牽引電流的9%左右；經(jīng)接觸網(wǎng)吸上線流向PW 線的電流約為130～210 A，占總牽引電流的26%左右，剩余65%的牽引電流是經(jīng)鋼軌傳送，由牽引變電所附近的扼流變壓器中性點(diǎn)引出的回流電纜流向變電所接地箱，最終回至牽引變壓器。

由于AT 所與至變電所、分區(qū)所的平均間距為13 km，考慮到軌回流流向的不規(guī)則性，列車在區(qū)間運(yùn)行時(shí)有相當(dāng)數(shù)量的牽引電流是通過(guò)平均設(shè)置間隔為1.3 km的扼流變壓器至吸上線和接觸網(wǎng)PW線回到變電所。因此，優(yōu)化扼流變壓器布置、提高連接工藝標(biāo)準(zhǔn)是保證軌回流通道暢通、保持列車動(dòng)力恒定的重要環(huán)節(jié)。

1.2 設(shè)計(jì)方案

武廣客運(yùn)專線牽引供電設(shè)計(jì)分別在各變電所、AT 所和分區(qū)所處設(shè)置2 路軌回流電纜，由所內(nèi)集中接地箱接地母線引出，1 路連接至對(duì)應(yīng)變電所所址位置的信號(hào)扼流變壓器中性點(diǎn)，1 路連接至PW線，均采用3×150 mm2多股電纜。

在區(qū)間信號(hào)閉塞分區(qū)扼流變壓器處設(shè)置吸上線，采用截面積70 mm2多股電纜，隧道外從扼流變壓器連接至H 形鋼柱，再經(jīng)鋼柱連接至PW 線，隧道內(nèi)從扼流變壓器沿隧道壁直接引至PW 線。

另外，在變電所2 km 范圍內(nèi)、站內(nèi)每隔300 m、其他地帶每隔500 m 處，正線上下行間線路兩側(cè)的PW 線并聯(lián)一次。

在信號(hào)設(shè)計(jì)方面，確定以進(jìn)站信號(hào)機(jī)為起點(diǎn)，平均每隔1.3 km 上下行線各設(shè)置一組扼流變壓器，遇有變電所、AT 所、分區(qū)所時(shí)，以變電所中心位置調(diào)整里程。同時(shí)要求，區(qū)間扼流變壓器距離軌道電路電氣絕緣關(guān)節(jié)不小于100 m，距離補(bǔ)償電容不小于20 m。但沒(méi)有明確要求為配合軌回流電纜和吸上線連接而調(diào)整扼流變壓器設(shè)置位置。

另外，在上下行正線外側(cè)各敷設(shè)一條截面積70 mm2貫通地線，并且沿線路方向每間隔500 m并聯(lián)一次。

PW 線和貫通地線在軌道電路兩側(cè)形成的軌回流通路如圖2 所示。

圖2 軌回流通路示意圖

2 工程實(shí)施中的一些問(wèn)題

2.1 變電所處的信號(hào)扼流變壓器設(shè)置問(wèn)題

理想狀態(tài)下，變電所處的扼流變壓器應(yīng)設(shè)置在距離變電所所址最近且便于回流電纜敷設(shè)，同時(shí)靠近無(wú)砟軌道預(yù)留過(guò)軌手孔和過(guò)軌管處，以達(dá)到回流電纜最短、衰耗最小的目的。

但實(shí)際工程應(yīng)用中，受區(qū)間軌道電路中補(bǔ)償電容和調(diào)諧區(qū)的影響，以及受征地、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)地貌環(huán)境條件干擾引起的所址位置變化影響，安裝時(shí)部分扼流變壓器實(shí)際安裝位置距離變電所較遠(yuǎn)，個(gè)別扼流變壓器安裝位置甚至既不靠近變電所，又難以靠近無(wú)砟軌道預(yù)留過(guò)軌管和電纜手孔，造成回流電纜繞行較遠(yuǎn)。

2.2 扼流變壓器引出回流電纜的連接問(wèn)題

圖3 中可看出，有4 條電纜在扼流變壓器中間端子上連接，受電纜端頭壓接線環(huán)幾何形狀影響，連接部位擁擠，容易造成連接松動(dòng)，導(dǎo)致接觸電阻增大。在大電流狀態(tài)下，該連接方式應(yīng)改進(jìn)。

2.3 閉塞分區(qū)扼流變壓器的設(shè)置問(wèn)題

部分扼流變壓器設(shè)置沒(méi)有靠近接觸網(wǎng)鋼柱，造成連接扼流變壓器和H 形鋼柱的吸上線延長(zhǎng)，增加了回路衰耗和工程成本，還易造成回流電纜與信號(hào)電纜交叉。

圖3 扼流變壓器中性點(diǎn)電纜連接示意圖

2.4 吸上線和PW 線回流電纜連接問(wèn)題

現(xiàn)場(chǎng)的連接方式見(jiàn)圖4 所示。

圖4 吸上線與回流電纜連接圖

圖4 中來(lái)自扼流變壓器中性點(diǎn)的吸上線電纜通過(guò)基礎(chǔ)接地端子再跳接到H 形鋼柱的做法既增加了回路故障點(diǎn)，又增加了回路連接電阻。

同時(shí)，來(lái)自變電所接地箱的回流電纜連接至PW 線的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，有的是3 條電纜全部連接至H 形鋼柱，有的是2 條電纜連接至H 形鋼柱、另1條電纜連接至PW 線；部分設(shè)置在隧道內(nèi)的扼流變壓器，其吸上線通過(guò)電纜引至隧道外H 形鋼柱，增加了回流電纜的長(zhǎng)度。

2.5 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的幾組牽引電流數(shù)據(jù)分析

雙車重聯(lián)正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，地面監(jiān)測(cè)到的牽引電流最小值517 A，最大值為782 A，中間分布值為615～686 A。在供電臂末端分區(qū)所位置監(jiān)測(cè)到的最小電流為410 A，最大電流為540 A 左右。

單組動(dòng)車通過(guò)時(shí)，最大電流為327 A，最小電流為184 A，多數(shù)電流值分布在270～308 A。

從電流分布情況看，供電臂末端電流值衰耗較明顯，對(duì)回流電纜與信號(hào)扼流變壓器的連接質(zhì)量，以及吸上線與接觸網(wǎng)H 形鋼柱的連接電阻提出了更高要求。即使連接部位出現(xiàn)1 Ω的電阻差也將會(huì)產(chǎn)生上百伏的電位差。如此大的電位差對(duì)軌道電路和相關(guān)設(shè)備的安全構(gòu)成了威脅。因此，必須保證回流通道電纜的連接質(zhì)量。

3 對(duì)存在問(wèn)題改進(jìn)的思考

（1）在變電所附近設(shè)置扼流變壓器時(shí)，無(wú)砟軌道板澆筑前，應(yīng)由線路施工單位，站后房建、接觸網(wǎng)、信號(hào)等設(shè)計(jì)和施工單位共同勘測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，以確定最佳位置，必要時(shí)通過(guò)增改過(guò)軌預(yù)留管以減少回流電纜長(zhǎng)度。同時(shí)由接觸網(wǎng)和信號(hào)2 個(gè)專業(yè)共同制定扼流變壓器、回流電纜的設(shè)置方案。

（2）來(lái)自所內(nèi)連接PW 線的3 條回流電纜全部上桿，與PW 線采用壓接工藝連接。

（3）在隧道外設(shè)置扼流變壓器時(shí)，其位置與接觸網(wǎng)鋼柱的距離應(yīng)以不大于2 m 為宜，隧道內(nèi)的扼流變壓器則通過(guò)吸上線直接連接至PW 線。

（4）吸上線與H 形鋼柱的連接標(biāo)準(zhǔn)和連接電阻值不得大于1 Ω。

（5）變電所附近的扼流變壓器中性點(diǎn)應(yīng)設(shè)置專用T 形連接板，由扼流變壓器供應(yīng)商配套供應(yīng)，以解決在該處連接電纜較多，固定不牢靠等問(wèn)題。