電氣化牽引供電對ZPW2000A軌道電路的干擾及防護

摘 要:電氣化鐵路對于我國鐵路發展重載、高速起著至關重要的作用，與此同時電氣化鐵路也帶來了許多新的問題，特別是電氣化牽引供電對鐵路通信信號設備的影響。本文主要探討電氣化鐵路牽引供電對于ZPW2000A無絕緣軌道電路的影響及防護措施。

關鍵詞:牽引供電ZPW2000A無絕緣軌道電路干擾防護措施

中圖分類號:TM7文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(c)-0085-02

1 引言

電氣化鐵路局優綠色環保節能等優勢，近年來，隨著我國對鐵路建設加大投入，我國電氣化鐵路里程不斷增加。截止2010年，我國電氣化鐵路里程已突破3萬km，躍居世界第二。

ZPW2000A無絕緣軌道電路是我國具有自主知識產權的先進自動閉塞制式，已在全路大量上道使用。

電氣化鐵路采用工頻交流制式，是不對稱供電的強電系統，ZPW2000A軌道電路屬于弱電系統，而且ZPW2000A無絕緣軌道電路與牽引回流有共用的通道——鋼軌，因此，在ZPW2000A系統的設計、施工及維修，都必須考慮抗牽引供電的干擾問題。

2 產生干擾的的原因及分類

電氣化鐵路牽引供電主要特點是:

(1)牽引供電的額定電壓高，為25kV;

(2)牽引電流大，可達數百甚至上千安培;

(3)電力機車是非線性負載，在運行過程中會產生大量諧波成分及電磁輻射。

這些是牽引供電對ZPW2000A系統構成干擾的基本原因。

牽引供電對ZPW2000無絕緣軌道電路設備的影響主要關注以下幾類干擾:

(1)傳導性干擾，即不平衡牽引電流干擾

牽引電流不平衡指的是在同一時刻線路的兩條鋼軌中牽引電流存在差值。產生不平衡電流的主要原因包括:鋼軌阻抗(長度和材質)、接續線阻抗、對地漏泄、扼流變壓器線圈對稱度不同等。不平衡牽引電流對ZPW2000軌道電流形成干擾的機理如圖1所示。

理想情況下，兩軌中的牽引電流I1=I2。當牽引電流不平衡時(即圖中I1≠I2)，SVA(空心線圈)上將流入牽引電流(圖中I3)，形成干擾電壓，耦合到發送或接受設備，從而造成對ZPW2000設備的干擾。形成的干擾近似于電流源，成份由50Hz及其諧波組成，主要是奇次諧波，含量與電力機車的特性相關。下表為諧波的典型比例表(如表1）:

從表中能夠看出，奇次諧波所占的能量相比偶次諧波要大得多，奇次諧波能量隨著頻率的增加而減小。因此，ZPW2000A軌道電路的調制載波選擇必須盡量避開50Hz的奇次諧波。

(2)感性耦合

由于牽引電流很大，接觸網與受擾設備(對于ZPW2000A系統，主要是傳輸電纜)之間存在耦合電感(互感)，因此，受擾設備中會產生沿長度縱向分布的感應電動勢，從而形成感性耦合。感性耦合不僅與接觸網電流的大小有關，還與大地導電率、頻率、接近的距離、接近的長度有關。

(3)容性耦合

容性耦合對于ZPW2000A影響主要考慮的是傳輸電纜。當接觸網上有對地電壓存在時，由于ZPW2000A傳輸電纜與大地之間有電壓，接觸網與傳輸電纜之間就會有電容耦合，從而形成容性耦合。容性耦合與接觸網電流大小以及與傳輸電纜的距離有關。金屬護套接地的電纜或埋地的塑料護套電纜則因為得到屏蔽而不受容性耦合影響。

(4)阻性耦合/地電位影響

牽引回流通過鋼軌入地為地電流，使附近的大地電位升高，在大地中雜散電流會對地下電纜等產生影響。如果設備地線或地下電纜靠近入地點，就有可能影響設備的正常工作。如果接觸網發生接地短路的情況，瞬間電流很大，則可能會對人身安全造成威脅，入地點附近的電纜金屬護套與電纜芯線之間可能會產生較高的電壓，從而導致金屬護套和芯線間絕緣擊穿的危險。

3 防護措施

通過前述牽引供電對ZPW2000A無絕緣軌道電路產生干擾的原因，可以總結出ZPW2000A系統采用的相關抗干擾措施。

ZPW2000A無絕緣軌道電路在設計中主要采取了下列措施:

(1)空心線圈選擇:ZPW2000A采用的空心線圈對于50Hz牽引電流阻抗特別小，對50Hz工頻電流相當于短路，從而起到了平衡牽引電流的作用。

(2)載頻選擇: ZPW-2000A調制載波頻率選在高次的偶次諧波，諧波干擾量少，從而減少牽引電流及其諧波的影響。

(3)調制方式:ZPW-2000A采用了調頻方式，是一種角度調制，抗干擾優于幅度調制，軌道電路信號在傳輸過程中不易受到污染。

(4)頻偏采用±11Hz:由于選擇的頻偏較小，接收設備可以采用通帶窄、Q值高的帶通濾波器。

(5)低頻選擇:在選擇18種低頻時，均避開了二次諧波的干擾;

(6)傳輸電纜采用內屏蔽數字信號電纜，有效提高了傳輸電纜的抗干擾性能。

除了系統設計采取的防護措施之外，在系統施工及日常維修中，還必須注意以下幾個方面:

(1)減少不平衡牽引電流的產生。日常維護必須要經常注意兩點:(一)牽引回流是否暢通，主要是連接扼流中心的回流線、吸上線、火花間隙、區間橫向連接線、鋼軌引接線安裝連接是否符合電氣化區段防護要求;(二)避免存在鋼軌單軌直接(間接)接地或單軌回流情況，主要包括:①避免電力架空安全地線與線路一條鋼軌直接相連，或經過“火花間隙”后的連接線埋入土中，造成單軌接地;②避免完全橫向連接、電力吸上線處的扼流變壓器、調諧區設備鋼軌連接線其中一端接觸不良;③避免橋梁鋼結構與線路單根鋼軌連接接地;④避免線路地錨拉桿(撐桿)對地未加裝絕緣或絕緣性能不良，造成單軌接地。

(2)按照《鐵路信號維護規則》的相關規定使用配置電纜，軌道信號傳輸使用數字內屏蔽電纜的屏蔽芯組，并定期測試電纜絕緣，消除單芯接地的隱患，同時在系統施工時必須將金屬護套及電纜內屏蔽網可靠接地;

(3)吸上線的設置符合規定。在工程設計、圖紙審查、施工監管、竣工驗交階段，嚴格執行“相鄰軌道電路和軌道電路兩端不得連續加設吸上線，自動閉塞相鄰吸上線的安裝間距不得小于2個閉塞分區”等規定;吸上線設在進站口處，執行站內側線回流“一頭堵”的方式限制回流流向，讓牽引回流以最短的路程流向變電所;

(4)橫向連接的設置必須符合要求;

(5)高柱信號機的安全地線、接觸網的塔桿地線、橋梁等建筑物的地線，不得直接與設有軌道電路的鋼軌連接，也不應接至扼流變壓器的中心點。

4 結語

在軌道電路中，電氣化區段牽引供電造成信號設備所處的電磁環境變得復雜，牽引電流和軌道信號又擁有共同的通道——鋼軌。為確保行車安全，ZPW2000A無絕緣軌道電路必須采取有效的措施來防護牽引供電的干擾。

參考文獻

[1]馬智芳.電氣化牽引電流對信號軌道電路的干擾及防護措施[J].鐵路通信信號工程技術 ，2004，(03).

[2]梁先立.電氣化牽引電流對軌道電路干擾的探討[J].鐵路通信信號工程技術，2001，(01).

[3]北京全路通信信號研究設計院．ZPW- 2000A型無絕緣移頻自動閉塞系統(技術培訓教材)，2004，2．

[4]費錫康.無絕緣軌道電路分析[M]，北京:中國鐵道出版社，1993