高速铁路回流系统问题探讨与分析

丛显成

（京津冀城际铁路投资有限公司，北京，101500)

摘要

高速铁路回流系统是牵引供电系统的重要组成部分，关系着供电系统设备的安全运转。牵引变电所地网回流比例是回流系统是否正常的重要评判依据，地回流比例过大会增加对路内外通信、信号线缆以及油气管线的电磁影响，同时在短路时所内电位上升也会导致人员安全性下降。近几年的联调联试中，偶有牵引变电所地网回流比例过高的情况发生。通过对工程实际中牵引变电所地网回流比例过高的整改测试，对比分析不同阶段的回流比例，根据不同阶段的差异，提出解决方案，给工程建设提供参考。

关键词

牵引供电系统；回流比例；

正文

0 引言

截至2023年底，我国高铁营业里程已达4.5万公里。牵引变电所作为高铁的“心脏”，负责给机车提供电能，接触网作为“动脉血管”，负责将电能输送给机车，回流系统作为“静脉血管”，负责将电流回送牵引变电所，安全可靠的回流系统是高铁“健康”运行的保证。

目前牵引变电所回流系统性能主要是以牵引变电所地网回流比例来评判。若牵引变电所地网回流比例过大，则证明金属回流通路可能存在连接不良、线缆损坏等问题，不仅会增加对路内外通信、信号线缆以及油气管线的电磁影响，还会在故障和雷击时导致所内电位上升，影响人员安全。同时长期地网回流过大会导致地网电化学腐蚀加快，影响使用寿命。

本文以某工程项目联调联试期间某牵引变电所地网回流比例偏高为例，通过对各个测试阶段进行对比分析，探讨降低回流比例的解决方案，为工程建设提供参考。

1高速铁路牵引供电回流系统构成

1.1 牵引回流路径分析

AT牵引供电回流系统中，钢轨、保护线、贯通地线和大地实际上是几条并联的回流通路，通过线路上的完全横线连接、接触网支柱实现并联。其中贯通地线敷设在土壤中，且对地泄漏电阻远小于钢轨对地泄漏电阻，因此金属导线中的电流主要通过贯通地线流向大地。

由于钢轨、保护线、贯通地线和大地之间的并联，因此钢轨、保护线及贯通地线中横向流动电流的大小主要受到钢轨—大地回路阻抗、保护线—大地回路阻抗及贯通地线—大地回路阻抗之间比例的影响。

牵引变电所回流途径主要分为4条回路，情况如下：

（1）钢轨回流：路径为钢轨-扼流变-入所电缆-集中接地箱；

（2）PW线回流：路径为钢轨-扼流变-吸上线-PW线-入所电缆-集中接地箱；

（3）综合贯通地线回流：路径为钢轨-扼流变-综合地线-入所电缆-集中接地箱；

（4）地回流：路径为钢轨-大地-地网-集中接地箱。

1.2 牵引回流系统典型设计方案

典型的复线AT供电系统牵引变电所内设置集中接地箱，回流线缆按照钢轨、PW线、综合接地分别接引，上下行对称设计，同时引出2根电缆接所内接地网，回流线接线方案及主要参数设置分别如图1和表1所示。

图 1 牵引变电所回流接线方案

表 1 回流电缆主要参数

设施	参数
PW线	JL3/LB20A-300
吸上线	2×YJY-185
贯通地线	2×S-DH 70
N线（变电所）	12×YJY-150
N线（AT所、分区所）	8×YJY-150
所内接地网	2×150铜绞线

2回流指标评判标准

中国铁道科学研究院集团有限公司2020年11月发布的企业标准《高速铁路综合接地系统回流指标》（Q/CR-TKT）中规定，牵引变电所地网回流比例采用表1为参考判据。

表 2 牵引变电所地网回流比例分等级判据

评判等级	回流比例范围
一级优良	10%<η_pe≤35%
二级合格	1.5%<η_pe≤10%
二级合格	35%<η_pe≤50%
三级需整改	η_pe≤1.5%,η_pe>50%

3工程案例分析

3.1测试过程

某牵引变电所回流系统采用表1中典型方案，在项目联调联试期间对牵引变电所各个回流支路比例进行了测试，测试分为2个阶段，分别对各回路在不同的工况下进行测试。

阶段1：按照设计方案，钢轨回流入所电缆为6根150mm2电缆；PW线回流入所电缆为6根150mm2电缆；综合地线回流入所电缆为2根70mm2电缆；地网回流电缆为2根150mm2电缆。钢轨、PW线、综合地线引回位置在图2中485#支柱和486#支柱附近。

图 2 回流线缆回所路径示意图

测量结果如表3所示。

表 3 阶段1各支路回流比例

回流支路	比例
钢轨回流	21.9%
PW线回流	3.3%
综合地线	0.0%
地网回流	74.8%

根据测试数据可以得出：地网回流比例大，PW线回流比例与综合地线回流比例小，钢轨回流比例较为正常，PW线和综合地线回流通路可能回流不畅。

阶段2：在第1阶段测试完成后，仅对综合地线入所电缆与线路连接处进行排查，不对电缆数量进行调整。测量结果如表4所示。

表 4 阶段2各支路回流比例

回流支路	比例
钢轨回流	20.8%
PW线回流	0.0%
综合地线	5.8%
地网回流	73.4%

第2阶段中，对综合地线接线进行排查后，回流比例有所增加，但并未明显改善地网回流比例，因此判断PW线回流通路可能回流不畅。

3.2 测试结果分析

第1、2阶段地网回流比例明显偏高，主要原因为PW线回流与综合地线回流不畅导致。在487#支柱与488#支柱处增加了新的PW线回流节点后，地网回流比例明显下降，PW线回流占比提高。地网回流比例在后几个阶段基本趋于稳定，在44%左右。

钢轨回流比例在整体2个阶段较为稳定，在20%左右。

综合地线回流比例有所增加，增加的部分主要来自PW线分流，PW回流降低的部分通过综合地线回流回到变电所集中接地箱内，但并不会对地网回流和钢轨回流比例产生较大影响。

4 结论

目前在电气化铁路牵引供电系工程建设中基本采用典型设计方案，但在不同项目中，由于沿线土壤电阻率、回流线连接位置及金属导体连接良好程度等因素的影响，导致了回流特性存在一定差异。

结合本文中的工程案例分析，建议在工程测试中牵引变电所地网回流比例过高时，应首先排查金属通路是否通畅，保证沿线PW线、综合地线横向贯通，以及回流线与钢轨、PW线及综合地线的良好连接。

如经过排查后金属通路连接良好，则可以考虑优化回流线的路径，缩短电缆长度，降低金属回流通路阻抗，可以考虑通过新增或者更换回流节点来调整回流比例，以达到预期要求。

参考文献

[1] Q/CR-TKT 中国铁道科学研究院集团有限公司企业标准，高速铁路综合接地系统回流指标.

[2]李天石,李明祥,霍斌.高速铁路变电所牵引回流指标研究[J].中国铁路，2017（2）:21-25.

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