電能是鐵路運行中最基本的要素，在使用過程中也難免會出現(xiàn)一些問題從而造成一定的影響。本文是一篇論文代理投稿的論文范文，主要論述了接觸網(wǎng)回流系統(tǒng)的研究。

　　摘要：本文主要分析了高速鐵路在不同的供電方式下，容易出現(xiàn)的問題及產(chǎn)生的影響，在此基礎(chǔ)上提出了解決的措施和建議，希望通過相關(guān)的改進(jìn)措施達(dá)到更好地保護(hù)鐵路沿線人員和設(shè)備安全的目的。

　　Abstract： This paper mainly analyzes the possible problems of the high speed railway under different power supply mode and proposes solutions and suggestions. It is hoped that the safety of the personnel and equipment along the railway can be better ensured through related improvement measures.

　　關(guān)鍵詞： 接觸網(wǎng)回流,供電方式,鋼軌電位,回流不暢,迂回電路,人身和設(shè)備安全

　　Key words： overhead line system reserve-flow;power supply mode;rail potential;impeded reserve-flow;circuitous circuit;personnel and equipment safety

　　中圖分類號：U223.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311(2015)12-0164-04

　　0 引言

　　從實際應(yīng)用來看，接觸網(wǎng)主要是一種輸電線路，具體來說，在使用過程中，沿著鐵路線架設(shè)，向電力機(jī)車輸送動力。其功能是將從牽引變電所獲得的電能輸送給電力機(jī)車。因接觸網(wǎng)的電壓等級一般在25kV到30kV之間，屬高壓等級，因此，為保證人身和設(shè)備安全，必須配套設(shè)計安全可靠的回流裝置，以此與接觸網(wǎng)構(gòu)成接觸網(wǎng)回流系統(tǒng)。

　　在我國現(xiàn)行鐵路交通網(wǎng)絡(luò)中，接觸網(wǎng)回流系統(tǒng)按牽引網(wǎng)設(shè)備類型可分為直接供電(DF)方式、帶回流線的直接供電(DN)方式、吸流變壓器(BT)供電方式、自耦變壓器(AT)供電方式和同軸電纜力電纜(CC)供電方式等。其中帶回流線的直接供電(DN)方式經(jīng)現(xiàn)場實踐是簡單穩(wěn)定的供電方式，這種方式被普遍應(yīng)用到普速及客運專線和城際鐵路牽引供電系統(tǒng)中，它既包含大地回流、鋼軌回流，又增加了可靠的回流線吸流回流，鋼軌既支持列車運行，又是導(dǎo)線，由于鋼軌與大地沒有絕緣，鋼軌、大地一起接受機(jī)車的牽引回流;回流線把鋼軌、大地中的牽引回流引入牽引變電所的主變壓器。現(xiàn)在大部分鐵路列車的行駛速度和行車密度加大，在這種情況下，使用電氣化動力的機(jī)車運行，會由于電流問題和電流故障導(dǎo)致一定的運行安全隱患。鋼軌電位不能夠得到有效的控制，從而在很大程度上加劇危險事故。從這種情況來看，在列車的實際運行過程中，如果不對過大的電流和電壓采取合理有效的防治方式，就會給機(jī)車設(shè)備和工作人員帶來危害。在本文的分析研究中，通過設(shè)計科學(xué)的回流系統(tǒng)，進(jìn)而在一定程度上，保證回流系統(tǒng)的順暢，實現(xiàn)軌道電位的平穩(wěn)降低，從而提高鐵路沿線設(shè)備和工作人員的安全性。

　　1 交流牽引供電系統(tǒng)的供電回流方式

　　交流牽引供電系統(tǒng)是交流電氣化鐵路從電力系統(tǒng)接引電源，降壓轉(zhuǎn)換后給電力機(jī)車供電的電力網(wǎng)絡(luò)。我國交流電氣化鐵道大多使用的是工頻單相交流制。接觸網(wǎng)架在鐵路上方，機(jī)車受電弓與其摩擦受電;鋼軌既支持列車運行，又是導(dǎo)線，由于鋼軌與大地沒有絕緣，鋼軌、大地一起接受機(jī)車的牽引回流;回流線把鋼軌、大地中的牽引回流再一次引入牽引變電所的主變壓器。

　　牽引網(wǎng)供電方式的確定，需要考慮的因素較多，例如對于特殊供電功能的分析、供電經(jīng)濟(jì)性和安全性的分析，鐵路運行區(qū)域的分析，這些因素，對于供電方式的選擇，均有著非常重要的意義。從目前的實際情況來看，在大部分電氣化鐵路運行設(shè)計中，使用的是單邊供電。

　　1.1 直接供電方式 這是一種最簡單的供電方式，牽引網(wǎng)僅由接觸網(wǎng)、鋼軌(地)、吸上線組成，如圖1所示。

　　1.2 帶回流線的直接供電方式 這種供電方式是BT-回流線供電方式的簡化形式，從技術(shù)層面來看，這種供電方式也可以說是直接供電方式的一種改進(jìn)。一般在接觸網(wǎng)上方或者外側(cè)偏上架設(shè)。回流線與鋼軌間的橫連線間隔可視具體情況確定，一般可按1.5-5km設(shè)置。如圖2所示。

　　帶回流線的直接供電方式能使鋼軌電位大為降低，對通訊干擾有較好的抑制作用，其效果與回流線的布置方式、根數(shù)，橫連線的間隔及有無串聯(lián)補(bǔ)償有關(guān)。帶回流線的直接供電方式由于沒有吸流變壓器，降低了牽引網(wǎng)的阻抗，使供電臂延長約30%，同時回流線斷線不會影響正常供電，這與BT供電方式不同。研究和實踐表明，這是一種有前途的供電方式，應(yīng)用也較為廣泛。

　　1.3 BT供電方式 BT供電方式即吸流變壓器供電方式，有兩種形式：有回流線形式和無回流線形式，分別如圖3和圖4所示。BT都是串入接觸網(wǎng)的，間隔為1.5-4km，用于吸回地中電流，減少通信干擾。我國采用的BT供電方式都是BT-回流線方式，而英國、法國、瑞典兩種方式都有應(yīng)用，挪威只用BT-鋼軌方式。

　　BT區(qū)段因為有吸流變壓器“強(qiáng)迫”鋼軌、大地中的電流經(jīng)由回流線流回牽引變電所，鋼軌和大地中的電流很小，大大減輕了對通信線路的干擾。BT供電方式增加了接觸網(wǎng)的復(fù)雜性，提高了造價，因接觸網(wǎng)中串聯(lián)了吸流變壓器，牽引網(wǎng)阻抗變大，接觸網(wǎng)末端電壓下降較快，供電臂長度將減小，約為直接供電方式的3/4。另外，因為存在火花間隙，所以不利于高速、重載等大電流運行。因此，BT供電方式近年來在新建線路已不再采用。

　　1.4 AT供電方式 自耦變壓器供電方式簡稱為AT供電方式，由自耦變壓器、正饋線、接觸網(wǎng)、保護(hù)線和鋼軌組成。這種供電方式能迫使大部分牽引回流由正饋線和鋼軌流回牽引變電所。如圖5所示。 　　1.5 AT供電方式 AT供電方式牽引變電所輸出電壓為55kV，經(jīng)自耦變壓器向接觸網(wǎng)供電，一端接正饋線，一端接接觸網(wǎng)，中點抽頭與鋼軌相連。

　　2 高速鐵路供電回流系統(tǒng)分析

　　2.1 高速鐵路與常速鐵路的主要區(qū)別

　　2.1.1 高速鐵路在運行過程中，需要的電流量很大，以我國目前最大功率的韶山4型電力機(jī)車為例，其需要的最大牽引電流約為380A，而16輛編組的動車組的牽引能夠達(dá)到1000A。

　　2.1.2 牽引網(wǎng)短路電流大。一般來說，通過220KV輸電線為高速鐵路牽引變電所進(jìn)行供電，供電系統(tǒng)三相短路電流容量大，在實際工作運行過程中，最大可超過10000MVA，從理論上來講，牽引變電所可以接無窮大電源。

　　2.1.3 鋼軌對地泄露電阻大。由于高速鐵路的高架區(qū)段較多，在很多地方都是采用的無砟軌道整體道床，因此，在這種情況下，鋼軌泄漏電阻大。

　　2.2 不同情況下鋼軌電位的分析 在牽引供電系統(tǒng)中，牽引電流從變電所流出，經(jīng)饋電線、接觸網(wǎng)供給機(jī)車，然后牽引電流沿鋼軌、大地和回流線回到變電所。牽引網(wǎng)電路模型可被簡化等效成接觸網(wǎng)與大地形成一個回路，軌道與大地形成另一個回路。如圖6所示。

　　軌道泄漏電阻對鋼軌電位影響較大，鋼軌電位隨著泄漏電阻的增大而增大，因此降低鋼軌泄漏電阻能達(dá)到降低鋼軌電位的目的。然而，高速客運專線廣泛采用無砟軌道，并且我國客運專線高架區(qū)段多，這使得減小鋼軌泄漏電阻變得很難，需要通過其他措施降低鋼軌電位。

　　2.3 鋼軌電位分析的結(jié)論 根據(jù)對上述不同情況下鋼軌電位的相關(guān)分析，能夠得出如下結(jié)論：

　　2.3.1 一般來說，如果在電力機(jī)車在正常工作過程中，沒有相應(yīng)的綜合地線，那么其鋼軌的電位最大值就會接近200V，在這種情況下，已經(jīng)超出了安全標(biāo)準(zhǔn)值;而如果在設(shè)置綜合地線之后，就會降低鋼軌電位的最大值，實際鋼軌電位值不到50V。因此，可以知道，通過設(shè)置綜合地線，可以很大程度上降低鋼軌的電位。

　　2.3.2 在不設(shè)綜合地線的情況下，鋼軌的電位非常高，一般來說能夠達(dá)到2000V;不過在設(shè)置綜合地線后，就會很明顯的降低鋼軌的電位。值得注意的是，如果是在發(fā)生故障的情況下，對于鐵路軌道上面的作業(yè)人員，以及相關(guān)的接觸鋼軌，都會帶來較大的安全隱患。

　　2.3.3 如果接觸網(wǎng)出現(xiàn)鋼軌短路，在這種情況下，變電所周圍3公里的地區(qū)，鋼軌電位會比其他地方高出不少。其原因在于，發(fā)生了短路，在短路處的很大一部分電流，匯入了鋼軌，再進(jìn)入進(jìn)入變電所接地系統(tǒng)。因此可以說，高速鐵路變電所附近的是需要重點保護(hù)的地方，一定要切實加強(qiáng)絕緣保護(hù)。

　　2.3.4 如果鐵路系統(tǒng)中，沒有使用綜合地線，在這種情況下，鋼軌泄漏電阻就會對鋼軌電位產(chǎn)生較大的影響，因此，可以通過減小泄漏電阻的方法，來降低鋼軌電位。

　　2.4 降低鋼軌電位的措施 從本質(zhì)上講，降低鋼軌電位就是要降低回流路徑縱向阻抗、降低鋼軌對大地的泄漏電阻和增強(qiáng)回流網(wǎng)絡(luò)與供電網(wǎng)絡(luò)之間的電磁耦合。以下是本文在研究中總結(jié)出的幾種比較有效的降低鋼軌電位的方法：

　　①根據(jù)綜合地線的基本作用，在降低鋼軌電位過程中，可以采用設(shè)置綜合地線的辦法。

　　②對上下行鋼軌進(jìn)行充分的橫向連接。在實際施工作業(yè)過程中，有時會出現(xiàn)較多的多線鐵路和復(fù)線鐵路，而對這種鐵路線進(jìn)行橫向連接，能夠在很大程度上降低鋼軌的阻抗。

　　③對于使用AT供電方式的牽引網(wǎng)，可以采用加保護(hù)線(PW)的方式，曾設(shè)CPW線。在實際工作過程中，PW線和鋼軌是處于并聯(lián)狀態(tài)的，這樣，就能夠?qū)崿F(xiàn)相對較好的分流效果，從而就可以降低整個回流網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)阻抗。

　　④對于地級，根據(jù)實際作業(yè)過程中的一些經(jīng)驗，可以把接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)作接地極，通過這種方式，實現(xiàn)NF線和PW線的接地，減少電流損耗的同時，有效降低鋼軌的電位。

　　⑤對于鋼軌線路附近的一些建筑物、基礎(chǔ)工程、橋梁等，要進(jìn)行綜合運用，這些基礎(chǔ)建筑物也可以充當(dāng)?shù)丶墸�通過使用這些地級，更好的實現(xiàn)牽引網(wǎng)導(dǎo)線的接地。

　　⑥對于牽引網(wǎng)線比較集中的路段，可以采用集中接地的方式。通過集中接地，可以在一定程度的節(jié)約資源，減少重復(fù)性的投入。

　　3 不同供電方式下的容易出現(xiàn)的問題及影響分析

　　3.1 接觸網(wǎng)回流不暢對軌道電路的影響 通過上面的分析，從技術(shù)上看，電化區(qū)段保障牽引回流通暢，是一種非常有效的方法，通過這種方式，可以在一定程度上降低不平衡電流，并且減少迷流對信號設(shè)備的干擾。在實際運行過程中，通過電力牽引機(jī)車回流，可以使得一部分經(jīng)回流線流向牽引變電所，一部分經(jīng)鋼軌在變電所附近地線處流向變電所，同時還有少量經(jīng)道床流向大地或迷失。如果在這個過程中，出現(xiàn)接觸網(wǎng)回流線通道不暢，就會導(dǎo)致將大量回流經(jīng)鋼軌流向變電所。從技術(shù)上分析，鐵路的兩條鋼軌幾乎很難實現(xiàn)完全相同標(biāo)準(zhǔn)的等阻，在這種情況下，容易使得回流在兩條鋼軌間出現(xiàn)一定幅度的電位差，這種電位差的存在，會導(dǎo)致電流的不平衡。在傳輸信號和控制信息方面，軌道電路也是利用鋼軌進(jìn)行的，而如果牽引回流的的不平衡現(xiàn)象比較嚴(yán)重，就會在很大程度上影響信號設(shè)備的正常工作，為列車的安全運行埋下安全隱患。

　　3.2 迂回電路對軌道電路的影響 從圖7可以看出，該連法對于A區(qū)段的分路，在很大程度上和B區(qū)段有0.06Ω加2個扼流變壓器2個半線圈串聯(lián)分路相似，這種連法可以使得B區(qū)段的繼電器落下或電壓降低。

　　3.3 牽引回流和鋼軌電位產(chǎn)生的不利影響 鋼軌是牽引回流的通道，也是軌道電路中信號電流的通道，由于牽引回流值增加，軌道電路信號設(shè)備、道床結(jié)構(gòu)等均受到影響，在這種情況下，很容易導(dǎo)致較大的鋼軌電位損傷，并且會引起信號設(shè)備的絕緣體破損，在實際作業(yè)過程中，如果出現(xiàn)上述情況，就會對列車的運營和鐵路維護(hù)人員造成較大的傷害。不平衡的鋼軌電流影響軌道電路正常工作，會有大量的地中電流，進(jìn)行蓄勢，而在蓄勢之后，就會對信號設(shè)備產(chǎn)生較大的影響，不利于信號設(shè)備的正常工作。如果在走行軌附近埋有地下管道、電纜和其他金屬構(gòu)件時，一部分雜散電流就會從上面流過。會對地下管道和其他金屬構(gòu)件造成嚴(yán)重腐蝕。 　　3.4 高速鐵路牽引回流值大的危害 以上因素致使高速鐵路的牽引回流比常速鐵路大得多，鋼軌電位也高得多，產(chǎn)生了很多危害，主要有：①對于乘客來說，如果不注意，會在上下機(jī)車時，受到電擊，在電壓較大時，會對乘客造成一定的傷害。②可能造成沿線維修人員的觸電事故。③對于那些同軌相連的信號設(shè)備，可能會出現(xiàn)一定的故障 ④對于鋼軌下面的絕緣介質(zhì)來說，較大的牽引回流會導(dǎo)致其過早的老化，甚至在一定情況下，還會燒毀。⑤兩條鋼軌之間容易產(chǎn)生大的不平衡電流，影響軌道電路正常工作。

　　4 保障接觸網(wǎng)回流暢通的基本措施分析

　　4.1 保證牽引回流構(gòu)成的軌道電路迂回電路暢通 當(dāng)平行軌道需要有牽引電流通過時，交叉渡線存在上、下兩區(qū)段的迂回，同時通過左、右兩區(qū)段的迂回，形成第3軌和單軌回流。

　　①上、下兩區(qū)段的迂回，見圖7。這種連接會造成A區(qū)段的送電端，除供給A區(qū)段受電端外，還通過交叉渡線及扼流變壓器間的連接線供給B區(qū)段的受電端。

　　②左、右兩區(qū)段迂回，見圖8。這種連接會造成A區(qū)段的受電端，除有A區(qū)段送電端供電外還有B區(qū)段送電端通過軌道跳線和扼流變壓器中點供電。

　　③形成第3軌，見圖9。這種連接會造成A區(qū)段的送電端通過軌道跳線和扼流變壓器中點，也給B區(qū)段供電，如圖9中箭頭所示。

　　④圖10顯示，有一定的單軌回流存在。在機(jī)車的實際運行過程中，如圖例所示，在升弓沖擊的情況下，因為交叉渡線已經(jīng)產(chǎn)生了單軌回流，就會使得A軌的送電端扼流變壓器產(chǎn)生嚴(yán)重不平衡，在本文的研究測試中，經(jīng)過多次的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)該不平衡系數(shù)能夠達(dá)到90%以上。

　　4.2 確定迂回電路長度 迂回電路長度LOBX=L1+L2+L3和軌道電路長度L的計算參照圖11。

　　從圖7可以看出，在破損地點有迂回回路短路時，軌道電路對信號電流的總阻抗等于： Z= ZP×L+ZP×LOBX式中：L為軌道電路長度;LOBX為迂回電路長度;ZP為鋼軌的單位阻抗。靈敏度系數(shù)值可用下式計算：

　　4.3 計算并確定斷軌靈敏度系數(shù)與迂回電路長度的關(guān)系 根據(jù)計算結(jié)果繪出斷軌靈敏度系數(shù)KK與迂回回路長度關(guān)系圖，見圖12。

　　如果是有實際長度的軌道電路，其迂回回路最小容許值LOBX，根據(jù)KK=f(LOBX)與水平直線KK=1相交點來求出。舉例來說，長度1.2km的軌道電路，其斷軌檢查可在迂回回路大于2.115km條件下得到保證。50Hz比25Hz最小迂回回路長，KK=1，軌道電路長為1.2km，最小迂回長度為2.8km。通過上述情況可以表明，如果軌道電路的頻率很高，則應(yīng)該適當(dāng)加大迂回回路的長度。如果實際軌道中的迂回長度較小，則是應(yīng)該根據(jù)實際情況，合理按照相關(guān)計算標(biāo)準(zhǔn)，降低軌道電路斷軌靈敏度。

　　5 結(jié)束語

　　現(xiàn)代鐵路發(fā)展的方向，逐漸向高速和重載方向延伸，鐵路技術(shù)的進(jìn)步加快，隨著近幾年我國高鐵技術(shù)的突破，我國的高鐵已經(jīng)成為比較先進(jìn)的國際鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在技術(shù)層面看，高速鐵路和重載鐵路的牽引負(fù)荷電流和故障短路電流也會不斷增大，從這個情況來看，無論是鐵路技術(shù)研發(fā)單位還是相關(guān)鐵路設(shè)備的制造企業(yè)，都應(yīng)該加大對鐵路回流接地系統(tǒng)的重視，提高研發(fā)投入力度，用先進(jìn)科學(xué)的技術(shù)，提出合理的解決辦法，保障接觸網(wǎng)回流的暢通，從而保護(hù)鐵路沿線人員和設(shè)備的安全，減少鐵路運行故障的發(fā)生。

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