磁屏蔽對機車信號環線測試的影響及改進方案

王明強 薛世潤 王耀杰 佟元江

王明強:烏魯木齊鐵路局哈密電務段 高級工程師 839001新疆哈密

薛世潤:西安工程大學機電工程學院 碩士研究生 710048西安

王耀杰:西安鐵路局電務處 教授級高工 710048 西安

佟元江:陜西眾信鐵路設備有限公司 工程師 710043 西安

目前檢查機車信號設備運用狀態是否正常的方法，必須依靠機車入庫后在機車信號測試環線上進行試驗。庫內機車信號檢測是通過循環發碼，將模擬信號電流送到測試環線，由機車感應器感應該電流，完成機車信號環線測試。

1 存在的問題

1．鋼軌和地溝內置的鋼筋以及防滑鋼板會對機車感應器構成磁屏蔽環境。設置在鋼軌內側軌腰的測試環線產生的磁力線，在機車感應器周邊被鋼軌、機車排障器、機車連接鉤和地溝內置的鋼筋，以及地溝內敷設的防滑鋼板(以下統稱“地溝旁鐵磁物質”)屏蔽，嚴重影響機車信號正常測試。隨著UM71和ZPW-2000制式的大量推廣使用，傳統安裝方式難以滿足信號頻率從25～905 Hz提高到1700～2600 Hz的要求，軌腰部固定的測試環線運用在1700～2600 Hz頻率下，磁屏蔽的問題就尤為突出，現有的技術方案不能可靠地進行機車信號庫內測試。

2．敷設機車信號測試環線采用“8字”交叉，目的是為了解決雙機連掛時無法進行機車信號環線測試的問題。不但敷設施工非常困難，而且還構成了難于查找的隱性故障點。實際上機務段多數機車是隨機停放的，如果機車感應器恰好處于8字交叉點上方，將肯定無法進行環線測試。地溝旁鐵磁物質構成的磁屏蔽環境，也使得現有的技術方案僅僅可以在部分測試環境下，解決雙機連掛機車信號庫內測試的問題。

3．動車運用所內的機車信號環線測試受到磁屏蔽的影響更為明顯。動車運用所內的鋼軌均安裝在間隔1.8 m的方形鋼柱上。測試環線安裝在鋼軌內側軌腰，機車感應器如果處于2個鋼柱之間，就可以正常測試;但如果處于鋼柱上方，受磁屏蔽環境影響，機車感應器接收到的磁感應強度會下降300%～600%，無法可靠地進行測試。

4．現有的技術方案完成機車信號庫內測試需要設置發碼室、數字電纜、配線箱、分線盒、防雷單元和環線地線等。每隔1 m要在鋼軌軌腰打孔用于固定瓷瓶，整體安裝成本高、施工困難，不方便維護。

2 改進方案

采用塑料或膠木等高磁阻材質制造測試環線支架，將其設在鋼軌軌腰遠端，遠離了機車輪沿和鋼軌等鐵磁材料，而且安裝時可以提升其高度，甚至可以將環線抬高至與鋼軌踏面齊平的位置。該技術方案大大減小了環線與機車感應器的距離，提高了相同發送功率下機車感應器的磁感應強度。具體的安裝方式有以下2種。

1．如圖1所示，先將尼龍支架通過本身的尼龍扣件固定在鋼軌底部，再通過線卡將測試線固定在鋼軌外側的軌頭踏面下沿處。該方法適用于懸空支撐鋼軌布線，軌底勾固支架體使用直徑8 mm的圓鋼軌底勾，將注塑件制成的支架卡固在鋼軌底部。

圖1 軌底勾支架體

2．如圖2所示，適用于鋼軌已經固定在混凝土地面上，軌底和地面沒有空間或者股道2根鋼軌的外側已經被防護板密封到和鋼軌踏面齊平的情況下。在地面上使用射釘槍將螺紋射釘固定于地面，連接支架，采用螺栓、螺母和線卡固定測試環線，將機車信號環線固定安裝在鋼軌下沿處。

圖2 固定于地面支架體

機車信號測試環線依據現場的具體環境，既可以安裝在股道2根鋼軌的內側，也可以安裝在股道兩根鋼軌的外側，如圖3所示。

圖3 單地溝環線股道兩根鋼軌的內側或者股道兩根鋼軌的外側安裝示意圖

3 測試環線磁屏蔽的分析和驗證

借助于MATLAB軟件仿真功能，繪制出分別安裝在鋼軌內側腰部和鋼軌外沿處的載流導線構成的磁場磁感線分布圖，如圖4、圖5所示。其中二維磁場的磁感線分布為磁矢勢的等值線，圖線按照矢勢值等間隔繪制，其疏密程度反映出磁感應的強弱，密集處磁感應強度大，稀疏處磁感應強度弱。

由圖4、圖5可以看出，環線電流所形成的磁場在整個機車檢測庫內鐵磁物質所構成的環境下，使原來繞著載流導線呈現一系列同心圓狀的磁感線發生畸變，呈現程度不同的脫離同心圓族形狀的磁感線分布。由MATLAB軟件仿真的磁場磁感線疏密程度，可以很清楚地看出:通過大小相同的電流，環線越遠離地溝旁鐵磁物質，機車感應器接收的磁感應強度越強。

圖4 載流導線位于鋼軌內側腰部

圖5 載流導線位于鋼軌踏面齊平的位置

為了驗證分析結果的正確性以及改進方案的實用性，在測試環線上通以大小相同的機車信號測試電流，將高斯計置于機車感應器頂端，分別對3種不同的安裝方式進行磁場強度測試，測試結果如表1所示。

表1 磁感應強度測試結果

4 改進方案的工作原理

《鐵路信號維護規則》技術標準10.4.1 b)規定“測試環線股道內及兩旁，不應有大型金屬板或多處構成閉合環線的金屬網線”。但實際上，機車信號測試環線都配套敷設在機務段機車檢修地溝處。為了承受機車重量和保證地溝防滑、美觀，地溝內置了大量鋼筋并包以10～12 mm防滑鋼板，如有金屬擦車臺，磁屏蔽影響機車信號庫內測試情況會更加嚴重。由于地溝旁鐵磁物質根本無法消除，所以采用改變環線和周邊鐵磁物質的相對位置，是實現機車信號庫內可靠測試的較佳技術方案。通過3處有著相同磁屏蔽環境的試驗，也驗證了改進后的技術方案解決磁屏蔽影響的有效率是100%。

改進方案是將發碼箱置于XB-2箱內，由地溝附近交流電源就近引入供電。當交流電源難于解決時，可以直接采用太陽能電源供電。在電氣化區段敷設機車信號環線，環線引入點應該在環線中部二分之一處接入XB-2箱內(見圖3)。這樣的環線接入方式和“8字”交叉敷設環線方式都有著相同的防止電涌沖擊作用。改進后的環線接入方式可以使環線和接觸網長距離并行所產生的電涌沖擊自行抵消，有效地防止了電涌損毀發碼箱。改進方案設備簡圖可參考本期彩色插頁。

5 應用效果

通過在西安鐵路局北動車運用所、西安機務段、哈密南整備場和彬縣整備場安裝使用，改進后的測試環線與現有技術相比，主要優點體現在:

1．在相同的地溝旁鐵磁物質產生的磁屏蔽環境下，機車感應器的感應電壓提高了300%～600%，可以在有環線區段內，包括在機車連掛的情況下進行機車信號環線測試。

2．不需要機車信號發碼室、數字電纜、配線箱、分線盒、防雷單元和環形地線等。鋼軌不用打孔安裝測試環線。安裝成本降低，易于施工，方便維護。

3．通過分析和實踐，發現在1700～2600 Hz高頻情況下，鐵磁物質屏蔽問題尤為突出。建議取消《鐵路信號維護規則》 “環線電纜鋪設在股道2根鋼軌的內側”的要求。

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