研究沿海铁路牵引供电回流的技术应用与问题整治

张镇鸿

广西沿海铁路公司 基础部

摘  要：广西沿海电气化铁路自2013年开通，其中邕北、钦防线高铁线路采用AT供电方式，黎钦、南防、玉铁、钦港线普铁线路采用带回流线的直接供电方式，为更好的维护沿海铁路牵引供电回流系统，本文主要以阐述原理、事故案例剖析、分析数据等方式，研究牵引供电回流技术应用与问题整治，提出针对性整治方案，确保沿海牵引回流系统安全稳定运行。

关键词：AT供电；直接供电；牵引回流

1   牵引回流系统

1.1  牵引电流通过铺设在大地上的钢轨流回牵引变电所，通常将从电力机车进入钢轨和大地后的牵引电流称为牵引回流。钢轨铺设在大地表面，钢轨和大地之间存在泄漏电阻，牵引网中有回流线或保护线与钢轨多点并联平行架设并存在电磁耦合，因此牵引回流将在钢轨、大地以及与之平行并联的各种导体之间进行分布。流经钢轨、大地、回流线和保护线、铁路附近与铁路并行的金属导体（如电缆外壳和管道）的电流总值等于流入列车的牵引电流值。钢轨、大地和回流线、保护线以及为接地而沿铁路线平行设置的地线共同形成了电气化铁路的回流系统。

1.2  无论采用何种供电方式和信号制式，钢轨至大地回路都是牵引回流的必经之路，因而成为牵引回流系统的核心。由于钢轨和大地之间的泄漏电阻的存在，使得牵引回流在流向变电所的过程中，一部分经过泄漏电阻逐渐泄入大地，形成地中电流；而靠近变电所的地段，一部分地中电流经过泄漏电阻重新进入钢轨，随后一同流向牵引变电所。

2.  牵引回流不畅事件案例分析

2.1  牵引供电回流是铁路牵引供电系统中极其重要的一部分，供电回流不畅或是分流错乱问题轻则引起红光带、回流设备烧损，严重可导致接触网PW线断线甚至牵引变电所烧毁的后果。目前引起供电回流问题多为接地回流阻断、分流错乱以及回流泄流分支不畅等，以下分别分析接地回流阻断以及回流泄流分支不畅的案例。

2.1.1  回流阻断事件案例

（1）某线B站下行3道列车到开时，信号机械室发生一声爆炸声，控制台闪火光，大面积烧坏信号设备、器材、配线，造成信号设备故障。抢险修复后，下行3道列车到开再次发生类似情况。经过对3道列车机车停车附近的下行Ⅱ道出站信号机复示2FXⅡ进行检查，发现信号灯泡击碎，定焦式灯座拉弧烧焦，配线烧坏，确定牵引电流通过2FXⅡ侵入到信号机械室。测量2FXⅡ复示信号机菱形遮光板突出边缘距离接触网1600mm，信号机未安装接地线。

（2）牵引电流侵入途径分析：下行列车3道停车，机车工作受电弓位置正处在2FXⅡ前方位置，列车开车时，机车升弓牵引列车起动，机车取流很大，运行到机车受电弓边缘与2FXⅡ遮光板两点间距离最近时，二者之间空气绝缘击穿或感应，信号机构上产生高压，击穿定焦灯座与灯室内壁间（最薄弱部位）空气绝缘，通过信号机点灯引入线、BX-34变压器、电缆侵入室内分线盘，由于机械室屏蔽地线接地良好，侵入高压击穿绝缘、造成大面积烧坏设备。

（3）如果2FXⅡ复示信号机地线安装良好，接地电阻和信号机凸出边缘距接触网带电部分的距离满足要求，侵入高压通过信号机地线入地，回流问题就会完全避免回流问题可完全避免。

2.1.2  回流泄流分支不畅事件案例

（1）某线路为250km/h标准铁路，部分变电所亭的长期地回流比例较高，最终导致造成变电所集中接地箱接地端子等设备烧融。经分析：各所亭回流上、下行分别采用由所内集中接地箱引出3根N线电缆（YJY-1kV-150）接PW线、3根N线电缆（YJY-1kV-150）接扼流变、1根电缆（YJY-1kV-150）接综合地线方式，共计14根电缆。接触网回流系统路径分为以下四条：其一地回流：路径为钢轨—大地—回所；其二钢轨回流：路径为钢轨—扼流变—N线—回所；其三PW线回流：路径为钢轨—吸上线—PW线—N线—回所；其四综合贯通地线回流：路径为钢轨—综合地线—回所。

监测回流比例见下表

所名	地网回流（A）	总回流（A）	地网回流占比
1号分区所	300.9	360.8	83.4%
2号AT所	397.7	667.2	59.61%
3号分区所	359.8	518.8	69.35%
4号AT所	129.5	179.69	72.07%

（2）现场排查及测试：1号分区所3根回流电缆，2号AT所6根回流电缆，3号分区所1根回流电缆、4号AT所1根回流电缆，共计12根回流电缆绝缘测试结果显示无绝缘，判断N线电缆有破损。回流电流从破损处漏泄入地，再从所亭地网流回集中接地母线，造成地回流偏大，接地集中箱设备烧损。另外，地网回流比例大小与铁路所在地区的环境、地质条件密切相关，在大地电阻率较低的地区，会出现地网回流比例偏大的情况。

3   沿海铁路牵引供电回流系统

3.1 高铁回流系统邕北线、钦防线采用了AT供电方式，AT供电方式具有供电能力强、电磁干扰小等优点。AT供电方式下的回流系统相对复杂。牵引电流经动车组后回归牵引变电所的途径大致可分为两类，一类是供电系统本身具备的回流通道，即自耦变压器及正馈线（AF线）；另一类是钢轨及与钢轨相连的导线（即保护线（PW线）、综合贯通地线以及大地，包括线路附近地中敷设的与线路平行的管线等。

3.2  普铁回流系统黎钦、南防、玉铁、钦港线采用带回流线的直接供电方式的回流系统，其中回流线沿线路平行架设，利用吸上线与钢轨并联，回流线采用钢芯铝绞线。带回流线的直接供电方式的回流通路除钢轨与大地外，还有一根与钢轨并联的回流线。电流通过回流线与钢轨之间连接的吸上线进入回流线中进而流入牵引变电所。此供电方式可有效降低轨道点位与跨步电压，使得临近人员与轨旁设备更安全可靠。

4   沿海铁路牵引回流问题

4.1  高铁回流问题邕北线、钦防线牵引供电所亭2013年投入运营，涉及邕北线5所亭：大塘、钦州东、合浦变电所，大马、小董西分区所，钦防线1座所亭：茅岭牵引变电所。根据现场调查情况牵引供电回流系统存在以下问题：一是线路钢轨回流仅通过PW线至集中接地箱四根150mm²电缆回流，钢轨扼流变至所内集中修接地箱无单独回流路径。二是地回流数值存在明显错误，部分牵引供电所亭测得的地回流数据未超过10A。如小董分区所地回流数值仅为1.4A。三是部分回流电缆以及流互接地线出现老化现象。四是回流电缆处所后敷设路径模糊，回流电缆标志桩缺失。五是部分扼流变接线端子混乱，与其他接线端子线夹距离过近。六是部分吸上线、PW线的连接端子紧固不到位，端子螺帽螺杆锈蚀或者出现电腐蚀。

4.2  普铁回流问题黎钦线、南防线、钦港线、玉铁线等普铁线路牵引供电所亭2015年陆续投入运营，根据轨地回流专项整治排查工作发现以下问题：一是部分扼流变接线端子混乱，与其他接线端子线夹距离部分吸上线、PW线

的连接端子紧固不到位，端子螺帽螺杆锈蚀或者出现电腐蚀。

5   整治方案

5.1  对扼流变一次侧设备进行整治2021年沿海公司指导供电段开展扼流变接线端子混乱，吸上线、PW线的连接端子紧固不到位以及端子螺帽螺杆锈蚀、电腐蚀等问题专项整治。一是检查连接板上的吸上线连接端子紧固情况。对松动的端子立即紧固，对烧黑损伤或出现电腐蚀的连接部位立即查找原因并进行更换处理。二是做好扼流箱上各连接引线防混隔离措施。钢轨引接线不得与扼流箱箱体、中间连接板、横向连接线、地线、吸上线及其紧固螺栓等部位搭碰和挤压，从箱边螺杆至硬化面间的引接线要增加绝缘护套防护，并用绝缘扎带绑扎牢固。三是吸上线与扼流变压器（或空心线圈）连接处应连接牢固，接触良好，并涂电力复合脂。四是吸上线与回流线（保护线）连接处应连接牢固，接触良好，并涂电力复合脂。五是吸上线型号及安装位置应符合设计要求。吸上线电缆截面应满足回流要求，外露部分电缆护管应无损伤且封堵良好。六是吸上线电缆沿地面、支柱的敷设必须密贴、牢固；埋入地下时，埋深不少于300mm；穿过钢轨、桥台时应采取防护措施。七是对吸上线进行固定、防护时，其抱箍、套管不得形成闭合磁路。

5.2  对既有PW线至所内集中接地箱回流电缆等问题进行整治 沿海公司以招标施工单位形式，计划2023年沿海公司对邕北线大塘、钦州东、合浦牵引变电所，大马、小董西分区所，钦防线茅岭变电所的回流系统进行改造，具体改造内容：拆除及更换所内既有PW线回流电缆，上下行扼流变回流各新增2根电缆回所内集中接地箱，PW线各新增2根电缆回所内集中接地箱，PW线回所各增一个LBGLJ-185导线，张力为10KN，既有架空PW线维持不变。回流电缆采用沿电缆沟或PE管暗配敷设方式。所亭附近扼流变同时设置CPW线及轨回流时，接线端子安装于L型转换母牌两侧，按照电缆敷设于壕沟内，沿电缆全长的上、下紧邻侧铺以厚度不小于100mm的沙层新增电流互感器连接至控制室原主变保护测控屏回流电流测量装置。最终整治结果将是钢轨至扼流变至整治后，钢轨至扼流变至N线至变电所的钢轨回流系统得以加强，钢轨至吸上线至PW线至N线至变电所的PW线回流系统得以完善。

改造后PW线、钢轨扼流变至集中接地箱回流电缆如下所示：

所亭	PW 线（上行）	PW 线（下行）	新增钢轨扼流变（上行）	新增钢轨扼流变（下行）
牵引所	ZC-YJV72-1kV-2×(1×240mm2)	ZC-YJV72-1kV-2×(1×240 mm2)	ZC-YJV72-1kV-2×(1×300 mm2)	ZC-YJV72-1kV-2×(1×300 mm2)
分区所	ZC-YJV72-1kV-2×(1×240 mm2)	ZC-YJV72-1kV-2×(1×240 mm2)	ZC-YJV72-1kV-2×(1×300 mm2)	ZC-YJV72-1kV-2×(1×300 mm2)

6   结语

6.1  牵引回流电缆埋于地面下，供电回流系统涉及供电、电务以及工务的设备，对于结合部的设备运营单位往往容易忽略。近年来，各局各段的牵引回流问题不断涌现出来，已造成严重的后果。而沿海牵引回流问题日益突出，因此，尽快解决牵引回流系统将是沿海铁路供电专业首要任务。

作者简介：张镇鸿（1983.8）男，汉族，广西玉林市人，本科，工程师，主要从事铁路牵引供电管理的工作

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