付永鹏，刘金虎

0 引言

在进行接触网作业及故障抢修时，接触网临时地线的装设是接触网作业安全的保障，但由于站场或者岔区等地点轨道电路的复杂性和临时地线操作人员缺乏相关轨道电路知识等原因，在接挂地线时容易造成轨道电路红光带，影响行车秩序。

1 案例分析

1.1 故障概况

2021年8月8 日2：09，乌鲁木齐供电段乌西供电车间驻站联络员在乌西站登记，处置乌西站上行正线SL16信号机至SL24信号机间D004号接触网支柱隔离开关触头打火故障。2：35行调下达51005号命令，电调下达81044号命令，停电时间2：40—3：15。2：45供电人员采取接地措施后开始作业，3：05作业完毕，3：07拆除地线，3：10送电。3：02乌西站值班员发现乌西站上行正线SL16信号机至SL24信号机间轨道电路红光带，现场情况见图1。

图1 乌西站红光带现场示意图

1.2 现场试验及原因分析

为查明此次红光带出现的原因，乌鲁木齐供电段提报停电计划，组织专业人员现场开展试验。共进行了4次接挂地线操作，分别验证在不同位置接挂地线后轨道电位的变化。试验示意图如图2所示，试验过程如下：

图2 试验示意图

第1次：在D10支柱回流线和接触线上安装接地线（距离SL24信号机300 m），在接挂地线的同时轨道电压从未接挂地线前的 18.8 V下降到10.2 V，但未超过轨道电位7.4 V的最低阈值，轨道电路未显示红光带。

第2次：保留D10支柱上的接地线，在D2支柱接触线和回流线上安装接地线（距离SL24信号机100 m），在安装接地线的同时，SL24—SL16区段轨道电路显示红光带。

第3次：拆除D10支柱上的接地线，在D2支柱接触线和回流线上安装接地线，在安装接地线的同时，SL24—SL16区段轨道电路显示红光带。

第4次：拆除所有接地线，在D4支柱接触线和回流线上安装接地线（距离SL24信号机150 m），SL24—SL16区段未显示红光带，轨道电位也未发生变化。

通过分析以上试验可以得出造成2021年8月8日乌西站上行正线SL16与SL24信号机间轨道电路红光带的原因：接触网接地封线越靠近轨道电路的接收端，轨面电压越低，导致轨道电压波动超越下限，造成轨道电路红光带。

2 红光带产生原因的理论分析

2.1 轨道电路

轨道电路由送电端设备、轨道线路、受电端设备、钢轨绝缘节和钢轨接续线组成[1]。铁路线路上的两根钢轨作为导体，钢轨间的轨缝采用接续线连接，两端轨缝装有钢轨绝缘，一端送电，另一端受电，这样构成的电气闭环回路称为轨道电路。

在电气化铁路区段，牵引电流同样经钢轨回流，为避免钢轨绝缘节对牵引回流的影响，在绝缘节处设置扼流变压器，同时可以防止牵引电流对信号电流的干扰。轨道电路中信号电流与牵引电流分布如图3所示。

图3 轨道电路及牵引电流流经示意图

当轨道无车占用时，受电端的继电器可靠吸起，轨道电路呈空闲状态，计算机联锁显示该轨道电路为正常光带，为空闲[2]。当轨道有车通过时，轨道被占用，由于列车轮对的电阻远小于轨道电路线圈电阻，轨道电流大部分流经列车轮对，此时轨道继电器可靠落下，轨道电路呈占用状态，计算机联锁显示该轨道电路为红色光带。

2.2 扼流变压器工作原理

扼流变压器的作用是为了连通牵引回流，同时阻挡信号电流的通过，其工作原理如图4所示。图中，1、2端为一次侧，4、5端为二次侧，3为接线端中性点。

图4 扼流变压器工作原理

扼流变压器对轨道电路的作用：两条钢轨输入25 Hz、具有一定电压差的电压，在扼流变压器一次侧产生电位差，经过升压，将升压后的电压接到电务设备（扼流变压器变比为 1∶3，电气化区段电务设备变比约为 13.9∶1，发送端设备自室内向钢轨降压，接收端设备自钢轨至室内升压，轨道继电器轨道线圈上的有效电压应不小于 15 V，轨道继电器轨道线圈上的分路电压应不大于7.4 V）。

扼流变压器对牵引电流的作用：在电力机车行驶的区段，机车受电弓在接触线上接取工频50 Hz的牵引电流。由于轨道和大地之间不完全绝缘，牵引电流一部分需流经大地，因此两根钢轨也存在牵引电流，且两根钢轨中的牵引电流在正常情况下大小相等，即图4中I1=I2。I1经过1线端进入扼流变压器，在3线端流出，在扼流变压器1、3线端产生电动势E。I2经过2线端进入扼流变压器，在3线端流出，由于I1和I2在扼流变压器内方向相反，在扼流变压器2、3线端产生电动势−E，因此在牵引线圈接线端1、2处产生的电动势为零，在信号线圈 4、5接线端不产生电压或电流，同时I1、I2经过中性线3接线端进入回流线，达到扼流变压器连接牵引回流阻断信号电流的目的。

钢轨中牵引电流不平衡程度用不平衡系数K表示，K=(I1−I2) / (I1+I2)。当K≥5%时，会在扼流变压器的信号线圈处产生较大电动势，引发轨道电路红光带或烧毁电务设备[3]。

3 临时地线影响轨道电路的3种情况

3.1 临时地线接在两根钢轨上

如图5所示，如接触网作业的临时地线接在同一轨道区段的两根钢轨上，造成轨道电路发送电流经钢轨至临时地线1，再通过接触网至临时地线2，最终通过钢轨回到发送端，该连接方式相当于对两根钢轨进行短路，造成接收设备无电，产生轨道电路红光带。

图5 临时地线接在两根钢轨上

3.2 临时地线接在绝缘节两端

如图6所示，接触网作业的两根临时接地线连接在相邻轨道电路的同一钢轨上，此时轨道电路1的电流经过临时地线1至接触网，再经过临时地线2到达轨道电路2的钢轨，相当于绝缘节被短路。对于25 Hz轨道电路，相邻轨道电路间存在极性交叉检查，即同一绝缘节两端不能短路，可以理解为同一轨道电路的其中一根钢轨加载正电源，另一钢轨加载负电源，而绝缘节的两端一侧为正电，另一侧为负电。当绝缘节两侧短路后，电源被相互抵消，接收设备将接收不到电流或接收到较低的电流，造成轨道继电器无法吸起，产生红光带。

图6 临时地线接在绝缘节两端

3.3 回流线的临时地线距轨道电路接收端较近

当回流线临时地线距轨道电路接收端较近时，轨道电流通过临时接地线1、回流线、吸上线以及1/2牵引线圈与两钢轨构成回路，此时接收端钢轨电压与室内轨道继电器线圈电压变比由 1∶3∶13.9变为1∶1.5∶13.9。正常情况下接收端轨面电压在0.5 V左右，变比到轨道继电器线圈的电压为20.85 V左右；在该连接方式下，变比到轨道继电器线圈的电压约为10.425 V。轨道继电器轨道线圈上的有效吸起电压应不小于 15 V，分路电压应不大于7.4 V，线圈电压在7.4～15 V范围内时，继电器有可能吸起，也有可能落下，根据现场经验，一般情况下25 Hz轨道电路继电器（二元二位继电器）在电压大于10 V时吸起，因此考虑其他不利情况，如越靠近接收端轨面电压越低、轨道电压波动、现场调整电压较低等情况，该接线方式不易造成轨道电路红光带。

根据扼流变工作原理，在同一轨道电路区段，越临近扼流变安装接地线时（0～100 m范围值），接地线与吸上线形成闭合回路，扼流变牵引线圈中的感应电动势降低，在二次侧信号线圈上的感应电压相应降低，造成轨道电路红光带。通过以上分析可以得出兰新线乌西站“8.8”红光带产生的原因，如图7所示。

图7 乌西站红光带产生原理接线

4 接触网检修作业中红光带的防控措施

接触网现场作业中极易造成轨道电路红光带，主要原因有：

（1）检修作业中掉落的铁线、长大零件或在搬运梯车过程中梯车框架等非绝缘材料短接钢轨，造成一个轨道电路区段红光带。另外，在接触网静态测量过程中，钢卷尺连接钢轨、激光测量仪倾倒短接钢轨、在车站道岔区测量时测量仪短接轨缝绝缘节，均会造成轨道电路红光带问题。

（2）接触网检修作业时临时地线装设引起红光带，该情况比较普遍，也最具典型性。轨道电路红光带发生的地点主要在站场或岔区、上下行扼流变连通处及牵引回流汇集处，尤其是牵引变电所亭上、下行牵引回流集中的位置最容易发生。

为避免轨道电路红光带的产生，采取防控措施如下：

（1）严格执行《接触网安全工作规则》有关规定：接地线应可靠接在钢轨上，且不应跨接在钢轨绝缘两侧、道岔尖轨处，必须跨接在钢轨绝缘两侧时，应封闭线路；地线穿越或跨越股道时，必须采取绝缘防护措施。

（2）在同一轨道电路区段，当回流线临时地线距轨道电路接收端较近时，距离不得小于150 m（当小于150 m时接收端轨面电压越低、轨道电压波动时，易造成轨道电路红光带）。

（3）轨道继电器交流端电压应调整于 10.5～16 V范围内[4]，当在同一轨道电路区段采用本文3.3节所述连接方式时，可以有效防止轨道电路红光带。

（4）“V停”作业装设地线时，为确保轨道电路接收端钢轨电压与室内轨道继电器线圈电压变比 1∶3∶13.9不变，在钢轨上安装接地靴前必须使用钢丝刷对钢轨进行彻底打磨，保证良好的接触性，减少因感应电压产生轨道不平衡电流导致出现红光带的风险。

（5）加强接触网专业的设备管理，梳理临时地线可能引起轨道电路红光带的场所，在现场作业时，将其纳入封锁范围及过程控制[5]；加强供电、电务部门联控，梳理结合部问题；做好非正常情况下的信息互通。

5 结语

通过对兰新线乌西站红光带及扼流变工作原理分析可知，在同一轨道电路区段内的不同位置安装接地线，轨道电压的降低并不具有一定规律性。针对在站场吸上线扼流变两侧的轨道电路区段回流线上安装地线能造成轨道电位变化甚至引起红光带的问题，在不同的位置接地，轨道电位显示发生变化。在接触网作业时，需对地线位置进行重点防控，防止出现轨道电路红光带及影响作业和行车安全的情况。