三种典型牵引回路中的故障分析

三种典型牵引回路中的故障分析

陈登峰

中国铁道科学研究院研究生部北京100000

摘要：牵引网是构成牵引电流通路的电气网络，包含供电线、接触网、钢轨、大地、附加导线等。牵引电流从牵引变电所二次侧流出，经隔离开关、供电线、接触导线后进入电力机车，在通过钢轨、大地、回流线或AF线等流回变电所。牵引回路的畅通运行是保障电气化铁路安全运营的至关重要一环，所以在日常检修作业中要注重对牵引回流各环节的维护检修。

关键词：牵引回路；牵引变电所；检修作业；回流

引言

随着中国高速铁路迅猛发展态势不停，中国铁路总里程已经跃居世界第一。但是近些年来，各路局供电段有关于牵引回路的故障越来越多，由于该类故障不易发现并且影响较大，现在已经越来越得到供电部门的重视。本文将结合现场实际工作经验对以下典型的三种由牵引回流环节引发的故障进行分析。

1、典型故障分析

1.1软横跨零部件回路分流

在一般站场、动车所等地，由于股道较多，软横跨的投用不仅使整体设备显得整洁、美观，同时也可以减少支柱使用、节约投资、降低建设成本。由于机车启动会产生瞬时大电流，这就对接触网设备大电流承载能力要求较高，如果不能及时加装股道电联接，则会造成股道间电位差较大，产生分流电流，烧伤软横跨设备。

如下图所示，为某站供电示意图，假设电力机车位于6号岔至安全线间，即会产生两条牵引回路，A：经I道接触网再至8-6岔渡线流至机车；B：经I道接触网流经1#-2#软横跨再流至机车。显然A路径电阻小是主路径，B回路是较小分流路径，但是由于该小部分分流是由软横跨下部固定绳索经定位环线夹与定位器才流至接触导线，而定位环线夹与定位器之间通过铰接完成机械连接，无电气连接线，故该处长期电气流通不畅、电阻较大，从而长期过热，将会导致定位器、定位环线夹烧损情况发生，给接触网运行带来严重安全隐患。所以在类似于该处的接触网地点，即1#-2#软横跨至上网点前，应及时加装股道电联接，消除股道间接触悬挂的电位差，确保电气畅通。

1.2回流线索与线夹接触不良

由于施工或者维修不到位造成线索与连接线夹连接不密贴，接触面不够等现象，容易造成长期流过牵引回流发热发生电气磨耗，线索、线夹烧伤等现象。事实上，在两个相互接触的面上，无论利用多大的挤压力都不能使两个面真正完全接触。而且，在微观上，其实两材料接触面是凹凸不平的，加上氧化膜、杂质、空隙等因素的影响，其实只有少数的导电斑点真正发生了接触，这些导电斑点真正意义上承担了所有的导电截面。

根据两材料接触电阻计算公式有：

（1-1）

式（1-1）中，ρ1与ρ2-分别为两接触材料的电阻率（Ω·m）

Rc为接触电阻（Ω）

H为两接触面的压强（N/㎡）

F为两接触面的接触压力（N）

n为导电斑点个数

从式中我们可以看出，影响接触电阻的因素主要有4个：导电斑点个数、两接触面材料性质、接触压力、接触面的状况。

有接触电阻在电流的通过下必定会产生热量，根据电位-温升理论可知，导电斑点温升与接触电阻及通过电流有以下函数关系：

（1-2）

式子（1-2）中，θ-导电斑点的接触温升（K）

U-电压降，即接触压降（V）

I-通过接触点的总电流（A）

-两接触面材料的热导率与电阻率乘积的平均值（V2/K）

在接触材料一定时，接触温升与通过接触点的电流平方成正比与接触电阻成反比。当线夹与线索长期因杂质、不密贴、线夹紧固力矩不到位等情况造成接触电阻过大时，势必会因为牵引回流引起持续温升造成线夹与线索的电气烧损。因此在日常检修线夹与导电线索处时作业中，一定要清除好线夹内的杂质、确定两接触面接触密贴、涂好必要的导电油膏并且按照工艺标准将螺栓紧固到位，有效防止电气损伤。

1.3地回流量较大带来的问题

对于直供加回流供电方式，机车从接触网受流后，其回流路径有三条，即经钢轨-扼流变中性点-吸上线-回流线-牵引变电所接地相；钢轨-大地-牵引变电所接地网-牵引变电所接地相；钢轨-扼流变中性点-扁钢-牵引变电所接地相。此三种回流路径是同时承担回流任务，对于直供加回流供电方式的回流系统，一般而言，大部分电流通过架空回流线回流，但是仍有约占15%-20%回流是通过流经大地在经过接地网流回变电所，加上现在运量加大的运营、变电所并联电容补偿装置安装、轨回流或架空线回流不畅、接触网短路故障等因素，则会造成变电所地回流增大。

由于线路与大地之间的感性耦合与阻性耦合，接地网电流过大会对地下电缆、管道、地网扁钢等即会受到电流腐蚀的影响大，流经电流越大对铁路附近的设备影响就会越大。而地回流过大会产生以下影响：

①接触电压和局部对地电位增加

当电力机车从接触网取流，回路流经接地极时，接地体相对于相对于大地点位提升，当过大回流经过时，则会产生过高的对地电压，使得相对接触电压与局部对地电压加大，当人员碰及这些设备时，会危及人身安全。据文献[1]资料显示，沪昆线小龙门变电所，因为回流线被盗而未及时补装，引起地回流剧增，造成牵引变电所接地网电位异常升高，变电所水管与电气设备接地端带电，值班人员触碰时，发生“麻电”情况，严重危及作业人员及二次设备的安全。

②严重电腐蚀接地网设备

地回流会带来热效应、电效应和电腐蚀效应，对于给铁路地下金属设备，主要考虑电腐蚀效应带来的不良影响。根据法拉第电解定律，回路电流越大，地下金属受电腐蚀的速度会加快。如果牵引变电所长期经过大电流，加之焦耳热量的不断产生，将会导致地下扁钢会快速腐蚀，从而回流有效面积会越来越少，如此一来，便产生了电阻越大、截面越小、过流能力越差的恶性循环。

③泄露电流隐患

接触网的绝缘设备在长期使用中会逐渐老化，绝缘强度下降，如果地

回流较大，会使得容易产生泄露电流，而泄露电流又是加大绝缘原件的老化速度的一个重要原因，当泄露电流达到一定程度时，还会形成跨步电压，据相关实验证明，当跨步电压达到40-50V时，将使人有触电危险，而跨步电压会使人摔倒进而加大人体的触电电压，甚至会使人发生触电死亡，这就给职工和设备带来严重安全隐患。

据文献[2]资料显示，因株北牵引变电所地回流过大，造成该所运动信道对地网电压有时甚至达到160V，大大超过了规定的30V，导致经常烧坏GM-R060、GM-R070、GM-R011、GM-R051插件和无线远动装置的Modem，对该所的运动设备安全运行带来了严重影响。

由上分析可得知，设置专门接地极形成独立的电容功率补偿回流通路、采用铜或铜包钢接地网、用电缆沟敷设电缆回流取代扁钢回流等措施来有效降低地回流造成的不利影响显得很有必要，也只有这样才能够有效确保回路的安全畅通。

2、结语

由于牵引回流缺陷具有较大的隐蔽性和偶然性，长期以来没有得到人们的重视，但是一旦在运营过程中发生该类故障，不但影响大、破坏力强而且故障不易被查找、解决。因此，对于以后新建的电气化铁路，宜优化牵引回流系统设置并对各个回流设备进行全面、细致排查，从根本上消除现有牵引回路中存在的问题，进一步提高和完善牵引回流系统的安全稳定运行。

参考文献：

[1]刘让雄，浅析牵引变电所接地系统存在的安全隐患[J]，铁道建筑技术，2008（1）：66-69

[2]龙建霞，株洲北牵引变电所地回流过大的原因及对策[J].电气化铁道，2007（3）：19-21

[3]李文起，关于地回流对差动保护装置影响的分析[J]，电气化铁道，1994（4）：8-9

[4]刘大可；吴运熙，电气化铁道牵引回流对轨道电路干扰的分析方法研究[J]，铁道学报，1987年04期

[5]刘起津，牵引变电所回流回路与接地装置[J]，电气化铁道，1994年03期

[6]王语园，电气化铁道AT供电方式牵引回流钢轨电位的分析研究[J]，电子质量，2012年01期

[7]程辉海；刘明光；郑舟康；莫泽长；关丽洁，牵引变电所地网腐蚀与改造研究[J]，电气化铁道，2006年01期

[8]程金元，关于牵引变电所轨地回流的运行[J]，电气化铁道，1998年01期