新建電氣化鐵路對既有鐵路信號系統干擾影響的分析研究

齊亞娜

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司電化電信處,天津 300251)

隨著我國國民經濟的快速發展,鐵路運量迅速增長,列車密度加大,追蹤間隔時間越來越短,客運專線鐵路大規模建設。新建線路的選線并行于既有線的情況較多,尤其是在樞紐地區范圍內,經常出現三線、四線并行的情況。如何解決新建電氣化鐵路并行于既有非電化鐵路時對既有信號系統的干擾影響,是信號工程設計需要解決的關鍵問題之一,也是鐵路新線選線作業需要兼顧考慮的因素之一。

1 既有線信號系統現狀

目前我國路網中既有線信號系統標準普遍較低。在非電化區段自動閉塞區段區間信號電纜采用綜合護套電纜,車站站內及接近區段電纜采用塑料護套或綜合護套電纜,站內軌道電路采用50 Hz交流連續式軌道電路和四信息移頻、極頻或微電子交流計數等非電化區段電碼化制式。

在電化區段自動閉塞區段區間和站內信號電纜大部分采用鋁護套綜合扭絞電纜,站內軌道電路采用25 Hz相敏軌道電路,但自閉制式通常為未到大修期的趨于淘汰的多信息移頻、微電子交流計數制式自動閉塞和電碼化。

2 電氣化鐵路對既有線信號系統的干擾分析

電力牽引區段由于供電電源為50 Hz交流電源,其對信號專業50 Hz交流連續式軌道電路、移頻軌道電路設備會產生50 Hz諧波干擾。對于此類干擾目前主要解決措施為更換為97型25 Hz相敏軌道電路進行防護[2～3],這里不做深入分析。

另外,電力牽引區段接觸網的電壓和電流,在其周圍空間產生連續分布的交變電磁場對信號電線路等系統設備產生一定的影響。接觸網牽引電流通過感性耦合在電線路上產生磁影響,接觸網電壓通過容性耦合對信號電線路和其他信號設備產生電影響。電力牽引區段對地絕緣的架空明線應考慮電影響和磁影響因素,地下電纜及護套接地的架空電纜線路僅考慮磁影響因素,在接觸網短路時,地下電纜線路還應考慮地電流的影響[1]。

下面主要從磁感應縱電動勢危險影響、電化干擾線性計算分析等幾個方面進行分析。

2.1 磁感應縱電動勢危險影響及其允許值

2.1.1 磁感應縱電動勢可引起下列危險影響

接觸網牽引電流在信號電線路任意兩點間感應的電勢差稱為磁感應縱電動勢。將會帶來對運營維修人員產生接觸危險,對沿線信號設備帶來擊穿絕緣、燒毀設備的危險,從而存在潛在的信號設備錯誤動作危險(錯誤控制、錯誤表示、錯誤解鎖)[1]。

2.1.2 磁感應縱電動勢危險影響的允許值

按有關規定[3],當接觸網正常工作時,信號電線路上的磁感應縱電動勢允許值為60 V。當接觸網短路接地故障時,信號電纜線路上的磁感應縱電動勢應不超過直流耐壓試驗的75%或交流耐壓試驗的85%。

2.2 電化干擾對既有非電化半自動閉塞區段干擾線性計算分析

在某城際鐵路工程設計中,存在并行于既有線地段的間距從10～90 m不等的情況。該地區大地導電率在2.5×10-14～86×10-14(CGSM)(CGSM為電磁學單位制,即centimeter-gram-second electro-magnetic system 厘米-克-秒 電磁單位制)間,接觸網等效電流最大為918 A,短路電流最大為9.2 kA,綜合屏蔽系數取0.36[1],對該地段范圍內既有各站(A、B、C、D)的電化干擾進行了線性計算,詳見表1、表2(其中表2中僅列舉了大地導電率為50×10-14CGSM的情況)。

表1 50 Hz危險影響正常狀態

表2 50 Hz危險影響：短路狀態

從上述計算分析可以看出,新建電氣化鐵路在大地導電率為10×10-14、50×10-14、100×10-14CGSM時,對距離新建線路分別為100、70、40 m以外的既有鐵路綜合護套信號電纜的干擾在信號允許范圍內。因此,若既有鐵路為非電氣化鐵路、既有信號電纜采用的是綜合護套電纜,當新建線路與既有鐵路并行間距在5～100 m時,則應請物探專業提交并行于新線范圍的既有鐵路大地導電率測試技術報告,信號專業對既有線進行干擾影響分析并采取適當防護措施。

2.3 電化干擾對既有非電化自動閉塞區段干擾線性分析的防護措施

對既有非電化自動閉塞的干擾分析,較半自動閉塞區段增加了區間自動閉塞的情況,需要具體問題具體分析。

如果四線并行線間距小于10 m,并行線路為同方向同頻率,則需對既有線軌道電路進行分割,以減少相鄰新線帶來的干擾。

如果區間既有為極頻或分散移頻軌道電路,則需更換閉塞制式,換為符合我國鐵路主要技術政策的ZPW-2000(UM)系列移頻軌道電路[4]。

如果并行區段電纜仍為綜合護套電纜,建議對綜合護套電纜在并行于新建電化鐵路范圍更換為鋁護套電纜。

3 電化干擾區段信號工程防護設計

從上述分析,案例中的A、B、C、D站距離新線在30 m左右,站內采用綜合護套信號電纜,在各種大地導電率情況下,1.4 km的接近電纜內產生的磁感應縱電動勢均在60 V以上,不符合規定要求,需考慮對A站～D站信號設備采取防護措施。當既有線信號電纜改為鋁護套電纜時,磁感應縱電動勢均在60 V以下(表3),在信號允許范圍之內,符合有關規定。

因此,對以上4站進行干線電纜更換為鋁護套電纜和軌道電路更換為97型25 Hz相敏軌道電路的改造工程,以解決電化干擾問題。

表3 50 Hz危險影響： 正常狀態(綜合護套電纜與鋁護套電纜對比)

4 結語

在工程設計中如遇到電氣化鐵路與既有非電化鐵路并行情況,信號專業可通過上述方法進行計算分析,也可結合現場實際的大地導電率、電纜類型、利用上表進行驗算、得出干擾結論,得出符合工程需要的量化指標,從而確定信號工程改造方案,確保行車安全。線路專業在選線時,如果并行既有鐵路較近,在條件允許的情況下,如果能夠避免同方向運行的線路間距大于10 m(可按上下行線路穿插布置),則在保證安全的前提下還可減少信號專業投資。

[1] 中國鐵路通信信號總公司研究設計院.鐵路工程設計技術手冊-信號[M].北京：中國鐵道出版社,1993:784-787.

[2] 安海君,李建清,吳保英.25 Hz相敏軌道電路[M].北京：中國鐵道出版社,2004.

[3] 中華人民共和國鐵道部.TB10007—2006 鐵路信號設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2006.

[4] 中華人民共和國鐵道部.TB/T3206—2008 ZPW-2000軌道電路技術條件[S].北京：中國鐵道出版社，2008.