...压型框架保护与钢轨电位限制装置配合及调整的探讨
张毅
[摘 要]本文首先介绍了国内外对钢轨电位的研究状况和采取的对策，然后对影响钢轨电位的主要因素和各种降低措施进行了分析，最后针对我国的具体情况，给出了相关的建议。
[关键词]钢轨电位，综合接地系统，牵引回流，高速，重载
中图分类号：U223 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）31-0334-01
近年来，随着我国经济的持续、高速发展，铁路交通运量严重饱和，运能与运量矛盾十分突出，己成为制约国民经济发展的瓶颈。发展高速、重载铁路是解决客货运输供需矛盾的重要手段之一。与普通电气化铁路相比，高速、重载铁路因牵引负荷大、列车负载率高，牵引回流大，使得钢轨电位急剧升高。钢轨电位升高必将对沿线设备和人员生命安全造成威胁，容易引起同轨道相连的信号设备的功能不良或故障，加速钢轨与轨枕间绝缘垫板的老化，造成牵引回流异常等情况。因此，必须采取适当的技术措施，设法降低钢轨电位，保证人身安全和设备安全。
1 国内外研究现状
1.1 国外研究状况
德国的高速电气化铁路牵引供电系统，利用自建的专用发电系统，采用15kv单相交流带回线的直接供电方式。回流系统主要由钢轨、回流线、接地带、接触网支柱基础、各纵向导体的等位连接线和接地端子等构成。接地装置一般采用尽可能小的接地电阻值，通过大面积地网和多个单独的接地极的互相连接来实现。
1.2 国内研究现状
我国在降低高速、重载区段轨道电位的研究方面尚属初期，使用综合接地系统的经验尚少，目前仅在我国首条无砟轨道—遂渝线和首条300km/h动车组试验线路—京津线上使用。其中遂渝线牵引网采用带回流线的直接供电方式，京津线采用AT供电制式，综合地线将铁路沿线的牵引供电系统、电力供电系统、信号系统、通信及其他电子信息系统的工作接地、保护接地、防雷接地与建筑物、道床、站台、桥梁、声屏障等的结构接地连成一体，构建了整个铁路的接地系统。
钢轨是牵引网回流系统的主要回流通道，由于钢轨与道床之间是不良的绝缘接触，存在一定的钢轨—大地泄漏电阻，当有回流流经钢轨时，必然有一部分电流泄漏至大地，并产生钢轨电位。因此影响钢轨电位的因素大致可分为两类：钢轨回流大小和钢轨—大地泄漏电阻的大小。根据具体工程应用又可分为以下几个方面：
1.3 供电制式的影响
供电制式对钢轨电位的影响本质上是它对钢轨回流大小的影响。目前牵引网常用的供电制式有直接供电方式、BT供电方式、AT供电方式和CC供电方式。其中直接供电方式线路简单，牵引回流大部分都通过钢轨，钢轨电位提升显著，目前常通过并联架空回流线以减少流经钢轨的回流；BT供电方式多采用BT—回流线方式，吸流变压器强制牵引回流流经回流线，减小了流经钢轨的回流，可以有效降低钢轨电位，抑制对通信线路的干扰。
1.4 机车型号与追踪距离
机车型号和追踪距离对钢轨电位的影响本质上也是由于它们对钢轨回流大小的影响。不同类型的机车，其牵引电流大小不同，因此牵引回流在钢轨上的电压降也不同。同一供电臂上，追踪距离越小，行车密度越高，流经供电臂的电流就越大，从钢轨回流的电流也就越大，钢轨电位显著升高，尤其是在牵引供电所附近。
2 降低钢轨电位的措施分析
根据钢轨电位的主要影响因素和特点，结合实际的工程经验，人们探索出了许多降低钢轨电位的措施，概括如下：
（1）在技术指标相同的情况下，尽量选用AT供电制式。目前AT供电制式牵引侧的电压为55kv，为直供式牵引网电压的两倍，相同的功率下，牵引电流可以降低一半，对应的钢轨回流和钢轨电压也可降低一半。所需的代价是需要在线路上建设一些AT供电所，考虑到AT供电的供电距离约为直供式的1.7～2.0倍，因此并不会显著增大成本[21]。因此AT供电制式是一种适合于高速、重载运行的牵引供电方式。
（2）加装回流线，对钢轨上的电流进行分流[24]。回流线的分流效果与三个因素有关：回流线的电阻（即回流线的截面积）、衰减常数、相邻的横向连接线的距离。为了获得好的分流效果，在经济条件许可的情况下，可以选择较大截面的回流线。
（3）在复线铁路中，把上下行钢轨进行横向连接。通过钢轨横向连接后，虽然线路的衰减常数保持不变，但钢轨的输入阻抗变为原来的一半。因此机车处和牵引变电所处钢轨的电压降低为原来的一半。但这种方法的缺点是，能够降低钢轨出现高电位的概率，但不能消除在某些特殊情况下钢轨电位的升高，这是因为上下行的鋼轨做了横向连接后，虽然钢轨的输入阻抗降为原来的一半，但在同一个区段上，机车运行的数量也可能增加一倍，效果相互抵消。但一般情况下，在同一个区段上机车运行的数量增加一倍的概率不大，所以钢轨出现电位升高的概率也不大。
3 建议
综合上面的分析可知，降低钢轨电位的主要方法在于将将钢轨上的牵引回流进行分流。铺设综合贯通地线是一个有效的方法，它一方面为沿线的设备提供一个公共的参考电位，另一方面通过长距离的接地，接地电阻很小，可以对钢轨电流进行有效的分流，但当雷电流冲击或是短路时，此时综合地线的电感起主要作用，其分流效果有限，因此可以考虑在综合地线与钢轨连接处集中埋设一些接地电阻小的接地极，当雷电流冲击时，通过这些接地极来泄放雷电流，提高综合地线的耐冲击能力，同时又可有效降低钢轨电位。
此外与国外的研究状况相比，我国对高速、重载铁路钢轨电位的研究还存在一定的差距，建议加强以下几个方面的研究工作：
（1）系统、全面的研究钢轨电位的影响机理，提取相对稳定而且能够有效表征钢轨电位分布规律的特征参数，建立更加广泛适用的钢轨电位、电流分布模型。
（2）加强对现场实际运行参数的测量、采集工作，并利用实测数据来修正模型中的参数；系统的采集各条线路的路况信息，建立统一的路况信息数据库。
结论
本文对国内外有关钢轨电位的研究现状进行了介绍，对钢轨电位的影响因素进行了分析，并对目前采用的一些措施进行了分析，分析发现，降低钢轨电位的主要方法在于对钢轨上的牵引回流进行分流，铺设综合贯通地线是一个较好的方法，为了提高综合地线的耐雷电或短路冲击能力，本文提出在综合地线与钢轨连接处集中加装接地极的方法。最后针对我国的研究现状提出了一些具体的建议。
参考文献
[1] 耿国民，关于提速、重载的经济效益分析与评价[J]，铁道经济研究，1997，4：36-37.endprint
