孟 琳，魏 濤

（中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司徐州電務(wù)段,江蘇徐州 221000）

目前，高速鐵路線路廣泛采用扼流變壓器用于導(dǎo)通牽引電流，或安裝于區(qū)間上、下行軌道電路中平衡牽引電流，使之不影響軌道電路的正常工作。在扼流變壓器內(nèi)增設(shè)適配器對(duì)于減少不平衡電流的影響、抑制牽引回流干擾效果比較明顯。尤其是鉛芯保安管、防雷軌道變壓器和高容量扼流變壓器的出現(xiàn)以及適配器的不斷改進(jìn)，大大提升抗電氣化脈沖電流干擾能力。但扼流變壓器因其較低的故障率和牽引回流的復(fù)雜性，往往造成故障延時(shí)更長。本文就客運(yùn)專線普遍采用的BES(K)-1000/ZPW 扼流變壓器幾起常見故障進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1 主要原理

客運(yùn)專線站內(nèi)ZPW-2000 系列軌道電路普遍采用BES(K)-1000/ZPW 型扼流適配變壓器，同時(shí)搭配QSP6（K）型適配器使用。作為帶適配器(ESP)的大氣隙鐵心變壓器，BES(K)-1000/ZPW 型扼流適配變壓器對(duì)于ZPW-2000 系列移頻軌道電路具有良好的信號(hào)傳輸特效，可以有效減少不平衡牽引回流干擾，增強(qiáng)其抗磁化能力。

1.1 BES(K)-1000/ZPW型扼流適配變壓器原理

根據(jù)站內(nèi)一體化軌道電路的載頻區(qū)分，BES(K)-1000/ZPW 扼流適配變壓器有2 種型號(hào)：1 700/2 000 Hz、2 300/2 600 Hz。其原理如圖1所示。

圖1 BES(K)-1000/ZPW型扼流適配變壓器原理圖Fig.1 Schematic diagram of BES(K)-1000/ZPW choke transformer

近年來，通過加大扼流變壓器鐵芯氣隙，有效降低了牽引線圈的激磁電感,進(jìn)而增加鐵心的飽和電流幅值,使其在產(chǎn)生較大不平衡電氣化脈沖牽引電流時(shí)，一般不會(huì)出現(xiàn)降低50 Hz 阻抗阻擾效果，鐵芯進(jìn)入磁飽和狀態(tài)。同時(shí)，在次級(jí)線圈并接適配器(等效于高Q 值50 Hz 串聯(lián)諧振電路,折算到牽引線圈的50 Hz 阻抗約0.01 Ω,相當(dāng)于短路),從而使不平衡電流絕大部分消耗在電路內(nèi)，實(shí)現(xiàn)有效改善信號(hào)傳輸?shù)钠ヅ涔δ?提高信干比的目的。

1.2 QSP6(K)適配器原理

當(dāng)斷路器閉合時(shí)，不平衡牽引電流在II 次側(cè)通過L1/C1處，50 Hz 牽引電流通過時(shí)呈現(xiàn)零阻抗，相當(dāng)兩鋼軌間接1 根50 Hz 短路線，50 Hz 脈沖干擾電流無法傳送到發(fā)送、接收設(shè)備中；C2處通道為移頻信號(hào)通道，相對(duì)于移頻信號(hào)呈現(xiàn)高阻抗，改善對(duì)移頻信號(hào)的干擾。對(duì)于移頻軌道電路,還可根據(jù)發(fā)送移頻的頻率配裝相應(yīng)電壓提升器（TSQ），提高信號(hào)阻抗，形成對(duì)相應(yīng)頻率的并聯(lián)諧振，在不同的電碼化區(qū)段，保證機(jī)車信號(hào)的可靠接收。

1.3 BES(K)-1000/ZPW扼流適配變壓器技術(shù)指標(biāo)

BES（K）-1000/ZPW 型扼流適配變壓器中點(diǎn)設(shè)計(jì)容許通過額定電流為1 000 A，電壓變比為1：3（對(duì)應(yīng)牽引線圈1-3：信號(hào)線圈4-5），適配器固定連接，變壓比1:24（對(duì)應(yīng)牽引線圈1-3：II 次側(cè)4-12）。變壓器的不平衡系數(shù)應(yīng)小于0.5%。扼流適配變壓器經(jīng)50 Hz 電流磁化時(shí)，其阻抗應(yīng)滿足維規(guī)要求大于17 Ω。

2 故障案例一

2.1 案例描述

20XX 年X 月X 日，京滬高鐵某站7DG 軌道電路電壓波動(dòng)，連續(xù)多日在動(dòng)車組列車通過后出現(xiàn)主軌出電壓在372～392 mV 間變化，正常時(shí)電壓398 mV，且該現(xiàn)象無規(guī)律隨機(jī)發(fā)生。利用夜間天窗修對(duì)室外設(shè)備進(jìn)行檢查，同時(shí)進(jìn)行相關(guān)電氣特性測(cè)試，7DG 軌道電路現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)如表1，2 所示。

表1 7DG軌道電路現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.1 Field test data of 7DG track circuits

表2 7DG受電端扼流變壓器測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.2 Test data on choke transformer at 7DG receiving end

對(duì)7DG ⊕受電端的帶適配器的扼流變壓器（BES-1000/ZPW）測(cè)試數(shù)據(jù)分析比對(duì)發(fā)現(xiàn)：其在線阻抗降低到9.9 Ω 左右，正常時(shí)在線阻抗應(yīng)大于17 Ω，遂判斷扼流變壓器不良。當(dāng)即更換扼流變壓器中的適配器，設(shè)備電氣特性恢復(fù)正常，隱患消除。

2.2 原因分析

為確保帶適配器的扼流變壓器對(duì)牽引電流50 Hz 信號(hào)呈現(xiàn)較低的阻抗，保證在最大的不平衡牽引電流條件下，在扼流變壓器上產(chǎn)生的50 Hz 電壓不大于2.4 V，規(guī)定其在線阻抗應(yīng)不小于17 Ω。在此案例中，適配器阻值下降，導(dǎo)致在牽引電流不平衡時(shí)，移頻信號(hào)的傳輸特性發(fā)生變化，出現(xiàn)不規(guī)則的電壓波動(dòng)。同時(shí)連接扼流適配變壓器的4 根等阻線電流也對(duì)應(yīng)增大。

2.3 日常維護(hù)建議

日常在做好一體化軌道電路和區(qū)間移頻軌道區(qū)段電氣特性測(cè)試的同時(shí)，也應(yīng)增加繪制各區(qū)段軌道電路通道電壓測(cè)試曲線圖，便于隱患查找和故障處理時(shí)比對(duì)。

在隱患查找和故障處理時(shí)，要同時(shí)關(guān)注功出電流的變化，做好與日常測(cè)試數(shù)據(jù)比較。

移頻軌道電路隱患查找和故障處理過程中，必須使用專用96-3S（3Z）移頻測(cè)試儀或ZPW-2000/25 Hz/50 Hz 多頻短路測(cè)試儀。

具備條件的情況下，應(yīng)定期對(duì)扼流變壓器Ⅰ、Ⅱ次線間絕緣進(jìn)行測(cè)試，保證其絕緣性能達(dá)標(biāo)。

對(duì)部分高壓不對(duì)稱區(qū)段安裝使用的扼流變壓器，應(yīng)采取在兩線圈間隔處放置絕緣介質(zhì)的辦法，再次進(jìn)行絕緣隔離，可以有效減少線圈間絕緣不良及短路故障的發(fā)生。

3 故障案例二

3.1 案例描述

20XX 年X 月X 日，京滬高鐵某站動(dòng)車組在出站后發(fā)車進(jìn)路遺留紅光帶，調(diào)閱集中監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)：45DG 在動(dòng)車組出清后，45DG、45DG1 同時(shí)遺留紅光帶，10 min 后電壓自動(dòng)恢復(fù)至正常值，且電壓平穩(wěn)，故障現(xiàn)象自動(dòng)消失。夜間利用天窗修，組織技術(shù)人員對(duì)室外45DG、45DG1 軌道電路所有絕緣、45#道岔安裝裝置絕緣和相關(guān)電纜芯線進(jìn)行檢查，均測(cè)試良好；對(duì)45DG 軌道電路和扼流變壓器進(jìn)行檢查測(cè)試也沒有發(fā)現(xiàn)問題。通過排查模擬試驗(yàn)，結(jié)合動(dòng)車組反向發(fā)車和站內(nèi)牽引回流改造情況，斷定為由于牽引電流諧波加大，造成不平衡牽引電流增大，在列車通過軌道電路區(qū)段時(shí)，存在回流不暢，扼流變壓器在受到較大的不平衡沖擊電流作用下鐵芯飽和，軌道電路信號(hào)被阻斷，列車出清時(shí)鐵芯仍處于飽和狀態(tài)，軌道電路不能正?；謴?fù)。當(dāng)列車逐漸遠(yuǎn)離該軌道電路區(qū)段后，隨著牽引電流的減弱和自身能量的消耗，飽和的鐵芯逐漸恢復(fù)正常，軌道電路電壓自動(dòng)恢復(fù)。

3.2 原因分析

在電氣化區(qū)段,尤其是涉及站改和動(dòng)車組反向運(yùn)行的車站，牽引回流路徑較為復(fù)雜，在兩軌條向大地漏泄不一致、兩軌條綜合阻抗值不相等或者外界因素干擾的情況下,均會(huì)在兩軌條間產(chǎn)生牽引電流的不平衡。在理想的平衡狀態(tài)下,流入和流出牽引線圈方向相反的牽引電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在線圈中會(huì)相互抵消。但是這種理想的平衡狀態(tài)在實(shí)際設(shè)備中很難達(dá)到。因此,在牽引電流不平衡的情況下,會(huì)將牽引線圈兩電流差值的干擾電壓傳送到信號(hào)線圈上,同時(shí)施加到軌道電路的送、受電端設(shè)備上,形成干擾電壓。又因軌道扼流變壓器具有鐵芯無空隙的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),當(dāng)扼流變壓器牽引線圈上從兩軌條流入的不平衡電流增長到使磁路中磁勢(shì)達(dá)到一定值時(shí)便形成磁飽和狀態(tài)。牽引電流不平衡值越大,干擾電壓也就越大。

3.3 扼流變壓器發(fā)生磁飽和的主要外部原因

電氣化區(qū)段接觸網(wǎng)供電設(shè)備屬強(qiáng)電系統(tǒng)，萬伏級(jí)電壓、百安培級(jí)牽引電流，而信號(hào)設(shè)備均是小電流、低電壓，不平衡電流會(huì)對(duì)信號(hào)設(shè)備造成極大干擾。電氣化區(qū)段接觸網(wǎng)供電設(shè)備對(duì)信號(hào)設(shè)備的干擾主要有以下幾個(gè)方面。

受鋼軌中不平衡牽引回流影響，軌道電路和機(jī)車信號(hào)受到傳導(dǎo)性干擾。

部分新線引入的樞紐車站，在牽引回流的設(shè)計(jì)和施工中存在不規(guī)范，尤其在一送多受區(qū)段空扼流的設(shè)計(jì)和安裝上容易存在隱患。

動(dòng)車組列車合弓涌流和動(dòng)車組帶載通過接觸網(wǎng)的站內(nèi)分區(qū)絕緣節(jié)時(shí)的換向沖擊電流以及或運(yùn)行中換弓的沖擊電流等影響。

受牽引供電網(wǎng)系統(tǒng)以及電力機(jī)車上牽引電機(jī)系統(tǒng)的工作影響，會(huì)對(duì)其下面的軌道電路產(chǎn)生感性干擾或者對(duì)信號(hào)傳輸電纜產(chǎn)生干擾。

受電力機(jī)車的電、磁放射的影響，動(dòng)車組車載設(shè)備在復(fù)雜電磁環(huán)境下會(huì)表現(xiàn)出異常。

由于不平衡電流侵?jǐn)_強(qiáng)度大小不一，很難完全將所有干擾都防護(hù)住。而不平衡電流侵?jǐn)_是導(dǎo)致軌道電路閃紅光帶故障的主要原因，因此為保證軌道電路的正常工作，需要提前對(duì)軌道電路做嚴(yán)密的防護(hù)措施。

3.4 日常維護(hù)建議

對(duì)不平衡電流和各區(qū)段兩側(cè)軌條對(duì)地電壓進(jìn)行定期測(cè)試,認(rèn)真做好記錄分析。

聯(lián)合供電部門加強(qiáng)對(duì)回流線的檢查和做好電磁防護(hù)。

在新線區(qū)段電壓波動(dòng)較大的區(qū)段，應(yīng)運(yùn)用多種手段及時(shí)查找干擾源，做好信號(hào)設(shè)備尤其是信號(hào)傳輸電纜的電磁綜合防護(hù)。

在進(jìn)站信號(hào)機(jī)外方自動(dòng)閉塞軌道區(qū)段和接觸網(wǎng)的站內(nèi)分區(qū)絕緣下方對(duì)應(yīng)的軌道區(qū)段,應(yīng)安裝空扼流變壓器,使電力機(jī)車產(chǎn)生的沖擊電流通過空扼流變壓器牽引線圈中點(diǎn)接地線最大限度入地,以減弱對(duì)信號(hào)設(shè)備的干擾。

4 故障案例三

4.1 故障概況

20XX 年X 月X 日，徐蘭高鐵某站4-6DG 漏解鎖，值守人員通過調(diào)閱集中監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，4-6DG 出現(xiàn)紅光帶時(shí)主軌出電壓下降至137 mV（該區(qū)段正常調(diào)整電壓382 mV），后自動(dòng)恢復(fù)正常，電壓平穩(wěn)。技術(shù)人員利用夜間天窗對(duì)4-6DG 進(jìn)行檢查測(cè)試，發(fā)現(xiàn)4-6DG 接收端扼流適配器5A 斷路器開關(guān)斷開，對(duì)各部絕緣的檢查測(cè)試和相關(guān)電特性測(cè)試均正常，兩側(cè)鋼軌對(duì)地測(cè)試平衡（南股鋼軌對(duì)地電壓0.92 V，北股鋼軌對(duì)地電壓0.91 V），懷疑為因冰雪天氣影響，兩側(cè)線路回流效果變化，動(dòng)車組運(yùn)行產(chǎn)生的不平衡牽引電流干擾軌道電路正常工作，造成4-6DG 接收端扼流變壓器適配器斷路器開關(guān)受大電流沖擊斷開，造成軌道電路電壓波動(dòng)，造成該區(qū)段紅光帶。

4.2 原因分析

在軌道電路扼流變壓器適配器斷路器開關(guān)在不平衡電流沖擊下斷開后，由于II 次側(cè)空載，電力機(jī)車或動(dòng)車組駛過時(shí)流向鋼軌左右軌牽引電流不平衡會(huì)引發(fā)50 Hz 工頻干擾，造成區(qū)段傳輸特性等參數(shù)變化，導(dǎo)致移頻信號(hào)的傳輸特性發(fā)生變化，電壓會(huì)波動(dòng)或者明顯下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)紅光帶，這也是目前因牽引供電導(dǎo)致紅光帶最常見的原因之一。

4.3 日常維護(hù)建議

防范軌道電路設(shè)備不平衡電流的日常維護(hù)建議：

1）做好軌道電路的日常檢查測(cè)試，防止因軌道電路絕緣破損或者扼流變壓器線圈阻抗差異較大導(dǎo)致軌道電路工作異常；

2）注意防范軌道電路設(shè)備連接線因兩側(cè)連接方式不同或鋼絲繩屬性差異導(dǎo)致的接觸電阻不同，造成牽引電流不平衡；

3）按照軌道電路年度整治要求，做好兩側(cè)鋼軌對(duì)地電壓的測(cè)試，防止由于兩側(cè)鋼軌線路環(huán)境不同，導(dǎo)致經(jīng)兩側(cè)軌條的回流差距較大；

4）加強(qiáng)綜合接地系統(tǒng)檢查和測(cè)試，各軌道電路設(shè)備地線必須與貫通地線可靠連接，并測(cè)試達(dá)標(biāo)；

5）加強(qiáng)對(duì)各部接續(xù)線、連接線和跳線的日常養(yǎng)護(hù)維修，保證安全完整、固定牢固，防止各類引接線塞釘頭因震動(dòng)或者氧化導(dǎo)致接觸電阻變化。

5 故障隱患處理注意事項(xiàng)

在客專一體化軌道電路中，扼流變壓器要同時(shí)與兩側(cè)鋼軌斷開，才能徹底甩開扼流變。當(dāng)扼流變壓器單側(cè)與鋼軌斷開，仍然能通過中心連接板，與鋼軌上的電容、另一端的扼流變組成軌道諧振回路，對(duì)本區(qū)段軌道電路造成影響。

搶修時(shí)需完全斷開扼流變壓器引接線，必須按規(guī)定設(shè)置“兩橫一縱”連接線，斷開后不會(huì)造成區(qū)段紅光帶，但影響牽引回流暢通，此時(shí)嚴(yán)禁運(yùn)行電力牽引的車輛。

判斷為短路故障時(shí)，要甩開端子逐一進(jìn)行測(cè)試，應(yīng)以就近為原則，通過電流變化迅速判斷故障范圍。

更換帶適配器的扼流變時(shí)，應(yīng)注意載頻的選擇。

在移頻軌道電路室外搶修，尤其同時(shí)出現(xiàn)接觸網(wǎng)跳閘等供電設(shè)備故障時(shí)，應(yīng)優(yōu)先檢查室外軌道電路設(shè)備熔斷器，攜帶熔斷器備品上道搶修，及時(shí)更換，縮短故障延時(shí)。

6 結(jié)束語

解決牽引回流對(duì)軌道電路設(shè)備的影響,其根本途徑在于徹底改善牽引電流不平衡狀態(tài)。電化區(qū)段是一個(gè)綜合系統(tǒng),要保證電氣化鐵路的正常運(yùn)營,需要電務(wù)、工務(wù)、供電部門共同發(fā)力，以工電供融合發(fā)展為背景，密切配合,發(fā)揮整體合力,保證設(shè)備良好運(yùn)用狀態(tài)。電務(wù)維護(hù)技術(shù)人員也應(yīng)詳細(xì)了解牽引電流不平衡影響因素，進(jìn)一步探討和研究降低牽引電流影響措施，提高軌道電路抗干擾能力，保證信號(hào)設(shè)備穩(wěn)定、行車安全。