南疆线中天山特长隧道-钢轨打火问题分析及回流系统优化、

南疆线中天山特长隧道-钢轨打火问题分析及回流系统优化、

任文哲 张恒标

中铁建电气化局集团第一工程有限公司  河南省 洛阳市 471013

摘要针对南疆线中天山隧道钢轨频频出现的打火问题，基于实际打火典型案例，确认中天山隧道钢轨对地电位过高而产生钢轨打火问题，结合现场实测的接地电阻，优化调整空扼流变压器设置位置，增设横向连接。拆除既有空扼流变压器。隧道内吸上线随优化调整后的空扼流简单横向连接点重新调整。同时进一步增强牵引回流通流能力，扼流变压器吸上点至牵引变电所间增加一根回流线。新设铁路贯通地线，新设贯通地线与既有贯通地线在每个横通道处并联。同时将上、下行贯通地线横向连接。增设简单横向连接处的空扼流变压器中点采用铁路贯通地线与上下行隧道新敷设的贯通地线连接，从而实现轨道电路完全横向连接。并新增贯通地线监测系统企业级软件、PDU、防火墙、KVM，安装在段中心机柜内，声光报警设备安装在机房内，通过2M数据通道传输。车站配置监控主机、PDU、KVM，安装在站点机柜内，声光报警设备安装在机房内，通过监测网传输，电缆监测模块穿过贯通地线，在线监测电流。

关键词 ：贯通地线；横向连接；空扼流变压器；在线检测系统

1 绪论

1.1研究意义

铁路交通安全关系到整个铁路交通局，其交通安全问题非常重要。中天山隧道位于伯信特与塔塔尔区间，全长22.5km，两个单线隧道，上下行线分开设置，牵引供电系统采用带回流线的直接供电方式。随着货运数量持续上涨，机车运行功率、牵引电流随之增大，同时隧道内采用无砟道床，因部分区域受道床翻浆、潮湿、有污秽等影响对地泄漏电阻降低，列车通过此区域易成为集中泄流的通路且电流较大，从而引起相近处的金属构件、相邻轨条电位差增大而导致钢轨打火，长期有泄漏电流流过且数值较大时，将会造成轨道弹性支承块四周的橡胶垫板和橡胶套靴发热，可能引发燃损问题。消除行车安全隐患，解决钢轨打火问题，已经到了刻不容缓的地步，这将会对中国的铁路交通事业产生重大的影响。

1.2方案依据

中国铁路乌鲁木齐局集团有限公司计划统计部《关于批准奎屯站新建货检站安全监控与管理系统工程、更新LKJ2000监控装置等项目可行性研究报告的函》（计统技装函〔2022〕249号）附件5中的审批内容。

2 国内打火问题

2.1南京地铁

南京地铁接地线及库门发生打火事故。经检查，钢轨对地绝缘良好，地面设备与钢轨绝缘隔离，各股道钢轨由均流缆并联。由于有车辆在股道取流，故钢轨有较大的回流电流产生。该回流电流通过流轨-单导-回流箱[２]。在接触电阻较大处发生打火。

2.2天津地铁

天津地铁车辆段的接地线、钢轨发生打火问题。经检查，钢轨对地绝缘良好，各股道钢轨均由均流缆并联。但在封挂地线作业一段时间后，接钢轨地线接地极烧毁、钢轨出现打火。

2.3回流系统设置问题

回流线设置情况存在问题，需根据信号轨道电路图纸，重新梳理供电的回流系统图，查找电流来源，排查空扼流变压器、贯通地线、吸上线是否发生故障，确认电流来源，进而确认打火问题发生的原因。打火问题的发生大多数都是因回流不畅或有接地点造成[２]；回流未按照预定回流路径回到变电所，而是从电势较低的位置放电，导致打火现象的发生。当出现接地点和电流通路是，钢轨电位限制装置不能起到任何作用

3 铁路钢轨打火原因及方案设计

3.1既有线路

南疆线吐鲁番至库尔勒新增建二线为设计时速160km/h客货共线铁路，中天山隧道位于伯信特至塔塔尔区间，隧道长22.5km，为两座单线隧道，设横通道61处，两单线隧道相距36m。

3.2铁路钢轨打火原因分析

中天山隧道钢轨对地电位过高而产生钢轨打火问题，初步分析由于中天上隧道内铁路贯通地线存在问题，导致电流无法快速通过贯通地线流向大地；空扼流变压器位置不理想，无法很好的起到其作用。

3.3建设方案

中天山隧道钢轨打火的发生主要是由于钢轨对地电位过高，为此需降低钢轨对地电压，增大对地泄漏电阻。主要为隧道增设横向连接回流优化、接地系统加强等措施降低钢轨电位。隧道内空轭流调整至隧道横通道处，设置上下行横向连接线，每处横向连接处设空轭流变压器2套；在上下行隧道底脚处各新设1条35mm2环保型合金材料外户套贯通地线，采用水泥包封；新设地线与既有贯通地线在横道处并联后横向连接；在隧道进出口适当位置增加人工接地极后与贯通地线连接；新增贯通地线设在线监测系统。

本次设计通过以下四个方面解决铁路钢轨打火问题：

1）隧道内增设横向连接

优化调整空扼流设置位置，增设13处横向连接。新增的横向连接用空扼流变压器中点不接地，拆除既有18处空扼流变压器。

隧道内吸上线随优化调整后的空扼流简单横向连接点重新调整。同时为进一步增强牵引回流通流能力，扼流变压器吸上点至牵引变电所间增加一根回流线。 

2）接地系统加强

在中天山隧道上、下行各新设1条截面积为35mm²环保型合金材料外护套铁路贯通地线。新设贯通地线与既有35mm²贯通地线在每个横通道（间隔平均为0.42km）处并联。同时在每个横通道内将上、下行线贯通地线采用2根35mm²环保型合金材料外护套铁路贯通地线横向连接。

3）完全横向连接

增设简单横向连接处的空扼流变压器中点采用35mm²环保型合金材料外护套铁路贯通地线与上下行隧道新敷设的贯通地线连接，从而实现轨道电路完全横向连接。

4）贯通地线在线监测

段中心系统设备配置：贯通地线监测系统企业级软件（含1台中心服务器）、PDU、防火墙、KVM安装在段中心机柜内，声光报警设备安装在机房内，通过2M数据通道传输。

站机系统设备配置：车站配置监控主机（含本地系统软件）、PDU、KVM，安装在站点机柜内，声光报警设备安装在机房内，通过监测网传输，电缆监测模块穿过贯通地线，在线监测电流，并接入站点监控主机。

3.4横向连接

设计方案参照北京全路通信信号研究设计院有限公司“关于《普速铁路ZPW-2000A轨道电路横向连接及接地的设置要求》和《普速铁路ZPW-2000A轨道电路横向连接及接地中的吸上线现场调整方案》的函”（通设科技[2015]156号）文有关要求，利用优化调整后的空扼流和隧道横通道进行上下行线路的简单横向连接，以平衡上下行线路的钢轨电位。

隧道内贯通地线接地电阻达标后，将上述增设简单横向连接处的空扼流变压器中点采用35mm2贯通地线与上下行隧道新设贯通地线连接，从而实现轨道电路的完全横向连接。

3.5接地系统

为降低钢轨电位，确保闭塞区间各相关信号设备能可靠接地，在两隧道口处增加人工接地极，并与两根铁路贯通地线相连接。

3.6贯通地线在线监测系统

贯通地线在线监测系统进一步提高轨旁设备及缆线的使用安全，由段中心系统设备和站机系统设备组合而成。通过对贯通地线安装高性能电缆监测模块实时监测贯通地线的电流波动情况，大电流通过时发出警告，提高现场维护维修效率，缩短应急响应时间。

4 总结出现各类疑似因电流造成的打火问题时，要做出正确的分析:1) 要根据信号轨道电路图纸，重新梳理供电的回流系统图，查找是否存在电流的来源。2) 要分析回流钢轨的各处绝缘性能是否良好，绝缘是否有损伤。3) 要寻找接地点，找到电流的流通通路[２]。通过现场勘察可见: 打火问题因回流不畅或有接地点造成; 回流未按预定回流路径回到变电所。而在南疆线中天山隧道线路中牵引供电系统采用带回流线的直接供电方式，部分区域受道床翻浆、潮湿、有污秽等影响对地泄漏电阻降低，列车通过此区域易成为集中泄流的通路且电流较大，从而引起相近处的金属构件、相邻轨条电位差增大而导致钢轨打火。

参考文献

[１]《贵冶铁路线路钢轨断裂原因及预防措施》

[２]《地铁车辆段/停车场的杂散电流打火问题分析及回流系统优化》

[３]《高速铁路地下线环境振动预测与控制研究》

[４]《重载铁路完全横向连接和吸上线设置对钢轨电位影响分析》