第三节 带回流线的直接供电方式

第三节 带回流线的直接供电方式
直接供电方式是将从牵引变电所输出的电能，直接通过接触网供应给电力机车，而回归 电流则通过轨道、大地回到牵引变电所(参见图1—2)。

目前，除日本以外，世界上绝大多数国家的铁路(交流)电气化均采用了直接供电方式。

直接供电方式与BT 、AT 供电方式相比，其馈电回路和设备简单、投资省、运营维护方便。

采用直接供电方式，对简化系统设备、提高供电可靠性、增强技术指标及广泛的适应性等方面具有极大的现实意义。

但是直接供电方式对邻近通信线路的干扰影响严重，钢轨电位比其他供电方式要高。

为了保留直接供电方式的优点，克服其不足，在其结构上增设与轨道并联的架空回流线，就成为带回线的直接供电方式，简称DN 供电方式，如图2—3--1所示。

它与直接供电方式相比，有以下改善：
①原来流经轨道、大地的回流，一部分改由架空回流线流回牵引变电所，其方向与接触网中馈电电流方向相反，架空回流线与接触网距离较近，因此相当于对邻近通信线路增加了屏蔽效果。

②牵引网阻抗和轨道电位都有所降低。

图2-3-1带回流线的直接供电方式示意图
架空回流线对通信线路的防干扰效果用屏蔽系数h λ来衡量。

h λ的表达式为
g gh
h λλλ= (2—41)
式中，g λ为轨道的屏蔽系数；gh λ为钢轨和架空回流线构成的回流网络（以下简称回流网络）的屏蔽系数，可按下式计算
jt g g t g j gh z z z z ⋅⋅-=∑∑
⋅∑⋅1λ (2—42)
其中 ∑⋅g j z ——接触网与回流网络的互阻抗；
∑⋅g t z ——通信线与回流网络的互阻抗；
∑g z ——回流网络的自阻抗。

一般情况下，可以认为通信线对回流网络的相对位置，与通信线对接触网的相对位置相近似，所以
jt g t z z =∑⋅
则(2—42)式可以进一步简化成
∑∑
⋅-=g g j gh z z 1λ (2—43)
作为简单介绍，以单线区段带回流线的直接供电方式为例，∑g z 、∑g z 可按以下方法近似计算。

由于回流线与轨道并联，故可以将它们看成一个“回流线+轨道”等值导线。

该等值导线的单位自阻抗∑g z 可按下式计算
hg g h hg g h g z z z z z z z 22-+-=
∑ （km /Ω） (1)
式中，h z 为回流线的单位自阻抗，按下式计算
h g h h R D j r z εlg
145.005.0++= （km /Ω）(2)[注
] 其中，h r 为回流线的有效电阻 (km /Ω)，h R ε为回流线的等效半径，
9102085
.0-⨯=σf D g （cm ） (3)
式中，f 为电流频率（Hz ）；σ为大地电导率（cm
⋅Ω1），式(3)称为Carson 公式； g z 为等值轨道的单位自阻抗，按下式计算
g g g
g
g d R D j r z εlg 145.005.02++= （km /Ω）(4)
其中，g r 为一条钢轨的有效电阻 (km /Ω)，g R ε为一条钢轨的等效半径，g d 为两条轨道的中心距离，标准轨距取1435mm ；
hg z 为回流线与等值轨道间单位互阻抗，按下式计算
hg g
hg d D j z lg 145.005.0+= （km /Ω）(5)
其中，hg d 为回流线与两轨道间的几何均距。

[注] 导线的有效电阻和等效半径的值，通常由制造厂给定，或从手册上查得
“回流线+轨道”等值导线与接触网间的单位互阻抗∑⋅g j z ，按下式计算 jg jh g g j d d D j z lg 145.005.0+=∑⋅ （km /Ω）(6)
式中，jh d 为接触网的等值导线与回流线间的几何均距；jg d 为接触网的等值导线与等值轨道间的几何均距。

若回流线裂相，则两根回流线等值单位自阻抗h
z '，按下式计算 hh h g h h
d R D j r z εlg 145.005.02++='（km /Ω）(7)
式中，h r 为一根回流线的有效电阻(km /Ω)；h R ε为一根回流线的等效半径；hh d 为两根回流线间的距离。

并且，在应用式(5)计算裂相回流线与等值轨道间的单位互阻抗hg z ，及应用式(6)计算“裂相回流线+轨道”等值导线与接触网间的单位互阻抗∑⋅g j z 时，应考虑回流线裂相情况的几何均距，如图2—3--2所示。

图2—3-2 单设回流线裂相悬挂示意图
裂相回流线与轨道间的几何均距hg d ，按下式计算
421
21d d d d d hg ''= (8) “裂相回流线+轨道”等值导线与接触悬挂的几何均距jh d ，按下式计算
26254433d d d d d d d jh ''= (9)
由式(2—41)、式(2—43)可知，回流线对通信线路的防干扰效果与下列因素有关： ①接触网与回流网络等值导线间的互阻抗∑⋅g j z 越大，回流线屏蔽系数h λ越小，则防护效果越好。

由于接触网与轨道间距离必须保持一定，所以要使∑⋅g j z 大，只有将回流线与接触网的距离尽量缩小。

如果在单线区段接触网支柱外侧架设一条回流线，它与接触线间 的距离为3．4m ，经试验表明，其屏蔽系数为0．6左右。

若将上述距离由3．4m 减小为lm ， 经计算表明，回流线屏蔽系数可减小到0．5以下。

可见，回流线与接触网的近距悬挂对提高屏蔽效果特别有效。

但由于回流线与钢轨相连，从绝缘设计上考虑，回流线与接触网的接近程度是有限度的。

同时，由于回流线与接触网之间的互阻抗增大，使牵引网阻抗得到减小。

②回流网络等值导线的自阻抗∑g z 越小，则回流线屏蔽系数h λ越小，防护效果越好。

对于一定型号的钢轨，其自阻抗g z 基本为一常数。

因此,要使∑g z 小，只有减小回流线的自阻抗h z 。

工程设计中，应选用导电性能好的良导体做回流线，其截面应满足防护要求。

在某些区段，为了提高防护效果，回流线可采取“裂相”方式，即将一根回流线分成相隔一 定距离的两根导线，而总的截面积仍保持基本不变。

裂相的结果，增大了回流线的等效半径， 因而也就有效地降低了回流线的自阻抗。

由于回流线自阻抗降低，所以也使得牵引网阻抗减 小。

若采用两根LJ —95的铝绞线相隔lm 做回流线，与采用一根LJ —185的铝绞线做回流线相比，牵引网阻抗大约可减小20％。

③回流线与轨道并联点的间距大小对回流线的防护效果影响较小。

试验表明，若将回流线与轨道并联点的间距由3．3km 减小为1．65km ，其回流线屏蔽效果仅略有提高。

工程设 计中，回流线与轨道并联点的间距可视具体情况确定。

在有自动闭塞的电气化区段，并联点 的间距应以不影响轨道电路正常工作为原则。

该间距一般可按3km ～5km 设置。

以往的经验表明，在对通信线路防护工程设计中，带回流线的直接供电方式可以同BT 供电方式等配合使用。

这样做，可以获得满意的技术和经济效果。

例如，在某些区段通信线路受交流牵引网干扰影响比较严重，要求屏蔽系数很小，可采用BT 供电方式等进行防护；而在另一些区段，邻近通信线路虽受交流牵引网干扰影响，但并不严重，要求屏蔽系数不是很小，则采用带回流线的直接供电方式即可满足防护要求。

随着通信设备现代化和通信线路电缆化，尤其是光缆通信线路的大量采用，其对外界电磁场的屏蔽要求也将相应降低。

因此，带回流线的直接供电方式作为一种性能稳定、结构简单、经济有效的对通信线路的防护措施，将具有广泛的应用前途。