段廷華

0 引言

武廣客運專線行車閉塞以3 min 為正向列車追蹤行車間隔，以CRH-3 型雙動車重聯(lián)編組運行，每臺動車功率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)，每個供電臂平均長達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。

通過動態(tài)試驗的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，動車以時速300 km 通過分相時，時速平均下降15 km 左右。以時速350 km 通過分相時，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，高速動車運行速度受動力影響或者說受網(wǎng)壓網(wǎng)流的影響相當(dāng)敏感。

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

軌回流通道通常由接觸網(wǎng)和信號2 個專業(yè)分別完成設(shè)計和施工，如果在工程接口部出現(xiàn)問題，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扼流變壓器、接觸網(wǎng)PW 保護線（以下簡稱PW 線）和地網(wǎng)構(gòu)成的大地回流3 條通道組成。

從現(xiàn)場監(jiān)測到的數(shù)據(jù)來看，動車通過閉塞分區(qū)時，經(jīng)信號扼流變壓器中性點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)間運行時有相當(dāng)數(shù)量的牽引電流是通過平均設(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、保持列車動力恒定的重要環(huán)節(jié)。

1.2 設(shè)計方案

武廣客運專線牽引供電設(shè)計分別在各變電所、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 路連接至對應(yīng)變電所所址位置的信號扼流變壓器中性點，1 路連接至PW線，均采用3×150 mm2多股電纜。

在區(qū)間信號閉塞分區(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。

在信號設(shè)計方面，確定以進站信號機為起點，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，以變電所中心位置調(diào)整里程。同時要求，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，距離補償電容不小于20 m。但沒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 工程實施中的一些問題

2.1 變電所處的信號扼流變壓器設(shè)置問題

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)，同時靠近無砟軌道預(yù)留過軌手孔和過軌管處，以達到回流電纜最短、衰耗最小的目的。

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

2.2 扼流變壓器引出回流電纜的連接問題

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，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。

2.3 閉塞分區(qū)扼流變壓器的設(shè)置問題

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

圖3 扼流變壓器中性點電纜連接示意圖

2.4 吸上線和PW 線回流電纜連接問題

現(xiàn)場的連接方式見圖4 所示。

圖4 吸上線與回流電纜連接圖

圖4 中來自扼流變壓器中性點的吸上線電纜通過基礎(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，又增加了回路連接電阻。

同時，來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，其吸上線通過電纜引至隧道外H 形鋼柱，增加了回流電纜的長度。

2.5 現(xiàn)場監(jiān)測的幾組牽引電流數(shù)據(jù)分析

雙車重聯(lián)正常運行狀態(tài)時，地面監(jiān)測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)測到的最小電流為410 A，最大電流為540 A 左右。

單組動車通過時，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，對回流電纜與信號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的電阻差也將會產(chǎn)生上百伏的電位差。如此大的電位差對軌道電路和相關(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 對存在問題改進的思考

（1）在變電所附近設(shè)置扼流變壓器時，無砟軌道板澆筑前，應(yīng)由線路施工單位，站后房建、接觸網(wǎng)、信號等設(shè)計和施工單位共同勘測現(xiàn)場，以確定最佳位置，必要時通過增改過軌預(yù)留管以減少回流電纜長度。同時由接觸網(wǎng)和信號2 個專業(yè)共同制定扼流變壓器、回流電纜的設(shè)置方案。

（2）來自所內(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，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，固定不牢靠等問題。