緣于牽引供電系統的鐵路信號系統電磁干擾探析

摘要：鐵路信號系統是鐵路現代信息技術的重要組成部分，擔負列車運行控制與調度指揮自動化的關鍵性作用。如何提高上述系統的抗干擾性，避免產生錯誤的信號輸出，保證運營安全，是重要的技術課題。對于干擾的應對解決，應從牽引供電系統降低干擾信號和信號系統抑制干擾信號兩方面進行，包括牽引供電系統設備選型，減少牽引供電系統干擾信號的系統設計和信號系統抑制干擾的工藝要求、工程措施等。

關鍵詞：供電系統；鐵路信號系統；電磁感應；輻射干擾

中圖分類號：U224 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）28-0019-03

1 鐵路信號系統電磁干擾簡析

鐵路信號系統在擔負列車運行調度與控制指揮自動化方面扮演著重要角色，是現代鐵路信息技術的關鍵組成部分，主要由控制設備、信號機、電源設備、道岔轉轍設備、信號機以及電路線等部分組成。鐵路信號系統具備區間閉塞、車站聯鎖及駝峰信號等技術上的特點，區間閉塞是指為達到車輛行駛安全的目的，封閉一些車輛正在行駛的路段，從而避免后續車輛及對向車輛互相之間發生追尾事件或者正面沖突；車站聯鎖是指為了達到車輛行駛安全的目的，在軌道電路、道岔及車站信號機等比較獨立的信號裝置之間形成互相控制的制約關系；駝峰信號是指以鐵路物流的目的地為依據，通過掌握各個重要地區的鐵路編組站來編組和解體作業，編組的對象是各個方向將要到達的車輛。

鐵路信號系統的電磁干擾是指在電磁的影響下鐵路系統或鐵路設備的性能降低的現象。牽引供電系統對鐵路信號系統所產生的電磁干擾信號主要有電磁輻射性干擾信號和傳導性干擾信號，前者是牽引供電系統周邊的電氣設備因為通過了牽引電流而致使電磁輻射產生，后者是因牽引電流不平衡，在通過軌道到達信號設備時產生干擾信號。

2 牽引供電系統對鐵路信號系統的干擾

形式

2.1 電磁感應和輻射干擾

電磁感應以及輻射主要通過聯鎖計算機、數據傳輸通道和其他的閉塞、聯鎖設備來對鐵路信號系統產生干擾。在交變電磁場由接觸網形成以后，通過輻射或者耦合的形式，信息傳輸通道中會形成相應的感應電動勢，此時隨聲噪聲會大大增加而對信號的傳輸產生影響，而且牽引電流如果增大，縱向電動勢和雜音電壓也會隨之增大。另外，如果牽引電流發生巨大變化，會產生信號幅度突跳、脈沖噪聲、信號瞬時中斷以及相位抖動等突變性的電磁干擾，連續的錯誤碼會出現在信息中，致使信號的輸出發生錯誤。通過測試不同種供電方式發現，AT供電方式產生的干擾最小，直供方式造成的干擾最強，BT供電方式介于兩者之間。

2.2 牽引電流回流引起的傳導性干擾

鐵路信號系統的信號系統是以扼流變壓器為依托來連接鋼軌的，在理想的條件下，通過鋼軌的牽引電流在分別經過第一個和第二個扼流變壓器的上部和下部線圈以后，會再次流入鋼軌的軌道中去。如果上部線圈和下部線圈的匝數是相同的，會有大小相等且方向相反的磁通量產生于扼流變壓器的線圈中，從而由于牽引電流而產生的總的磁通量為0，因此信號線圈上也不會有感應電動勢產生，信號設備便不會受到牽引電流的干擾。但是在實際情況中，牽引電流通過兩個鋼軌時大小并不相等，扼流變壓器的線圈中總磁通量也不為0，會有感應電動勢產生于信號線圈中，于是這種不平衡的牽引電流會對信號設備產生一定的干擾，不平衡的牽引電流也是引起故障和軌道電路元件被損壞的重要原因，因此鐵路信號系統電路規定了牽引電流的不平衡系數須小于5%，不然就會干擾信號系統。另外，由于工程措施不恰當，包括雙機牽引、列車提速、重載等，會使扼流電壓器和電纜被燒壞，電路熔斷器熔斷以及箱盒引接線被切斷，從而對鐵路信號系統的穩定正常工作產生影響，這也是牽引電流回流所引起的傳導性干擾。

2.3 電力機車的感應性干擾

電力機車的感應性干擾電動力系統對軌道電路會產生干擾，電壓波形在電網波動、電機升起等因素的影響下會發生畸變，畸變過程中的高次諧波會在軌道電路中發生感應，從而導致控制信號的相位發生改變且二次二元繼電器出現錯誤吸起。當鋼軌中流入了車輛所產生的諧波電流時，一方面，某個運行區間沒有被列車占用的信息會出現在軌道電路上，而事實上已經有列車占用了該區間，軌道繼電器原本應該落下，卻因為電力機車的感應性干擾而被錯誤吸起，此為鐵路信號系統中一種非常危險的現象；另一方面，由于諧波電流的作用，某個運行區間已經被列車占用的信息會出現在軌道電路上，而事實上并沒有任何列車占用該區間，如此會使信號系統的安全失去保障，隸屬于此區間的車輛因為錯誤的顯示而不能運行，使得運輸效率降低。綜上所述，鐵路信號系統的可靠性、安全性以及可用性很容易受到電磁環境的影響。

3 電磁干擾信號的技術應對方案

3.1 牽引供電系統降低干擾信號措施

在利用牽引供電系統降低干擾信號的過程中，首先是牽引供電設備的型號選擇。應該在機車中實施濾波裝置和補償電容的安裝并合理地選取機車類型，為了將諧波的干擾減少，應該將并聯電容補償設備安裝在變電所中，同時盡量選取AT、BT以及同軸電纜供電的供電形式來使回路的對稱性提高。其次是牽引供電設備的工程措施選擇。一方面，如果是采用直流供電，應該架設一定的架空回流線，在架空回流線和接觸網線相互間的作用下，回路具有的對稱性被提高，很大一部分的回流電流最終會流入變電所；另一方面，凡是具有軌道電路的地區，嚴禁鋼軌與接地線、吸上線、保護線和橫向線路互相間的等電路連接線直接接觸，應該先與空心線圈的中點或者扼流變壓器的中心端子相連接。最后是牽引供電設備的設計方案選擇。行車室、信號機房和回流線之間的最小距離應該是15米以上，同時，變電所的吸上線應該連接變電所的站線或專用線和鐵路的正線，而在扼流變壓器的位置選擇上，應該把軌道電路傳輸受到的影響考慮其中，因為當扼流變壓器的一端連接于鋼軌上時，在產生吸流作用的同時會將軌道電路的功率大幅度消耗從而使軌道傳輸的距離相應減少。

3.2 信號系統抑制干擾信號措施

在對信號系統進行工程上的設計時，應該考慮器材型號、計算角度以及電磁兼容性三個方面因素。首先，抗干擾性強的器材設備對于整個系統的抗干擾性的實現至關重要，比如扼流變壓器的選擇，應該采用BES新型的扼流變壓器來對沖擊電流進行緩沖，不平衡電流的干擾就會減少。新型扼流變壓器中的適配器是一種濾波器，能將大部分的干擾成分過濾，從而減少信號系統的電磁干擾。其次，在計算角度方面應該對電氣化干擾原因進行考慮，比如扼流變壓器的容量、信號點位置的設置、計算軌道的長度和閉塞分區長度等。最后，在電磁兼容性方面應該保證各種電子設備、電子線路和電子系統互不干擾，但是在電磁的角度又有一定的相容性。

在信號系統的施工工藝上，應該本著嚴謹負責的態度按照工藝標準來施工，如此才能保證整個工程的質量合格。

4 結語

在減少牽引供電系統對鐵路信號系統的電磁干擾方面，應該采取一些預防措施來將設備抗干擾的水平提高，同時面對如今的標準規范比較混亂和籠統，應該將電磁兼容性、抗雷以及接地等干擾標準統一修訂，如此才能保證鐵路信號系統運行的可靠性和穩定性，同時與我國的鐵路發展形勢相

符合。

參考文獻

[1] 林瑜筠.鐵路信號新技術概論[M].北京：中國鐵道出版社，2007.

[2] 萬園園.鐵路信號系統電磁兼容需求研究[J].鐵道通信信號，2007，43（8）.

[3] 李群湛.高速鐵路電氣化工程[M].成都：西南交通大學出版社，2006.

作者簡介：卡哈爾江·艾海提（1979-），男，新疆哈密人，新疆鐵道勘察設計院工程師，研究方向：鐵路信號和信息、智能建筑弱電工程、軌道交通機電系統（弱電）、計算機網絡等。

（責任編輯：王書柏）