電氣化鐵道對信號設(shè)備的干擾分析

楊克儉

（遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學院，遼寧 錦州 121000）

電氣化鐵道對信號設(shè)備的干擾分析

楊克儉

（遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學院，遼寧 錦州 121000）

近年來，隨著新建鐵路線全部使用電氣化牽引，既有線路大部分也進行了電氣化改造。隨著牽引重量的增加，列車運行速度的提高，牽引電流越來越大，對鐵路信號設(shè)備的電磁干擾愈來愈大，對行車安全構(gòu)成嚴重的威脅。本文結(jié)合鐵道現(xiàn)場信號設(shè)備應(yīng)用實際，分析電氣化鐵路干擾的起因、種類，闡述了軌道電路抗干擾的措施。

電氣化；鐵道信號；軌道電路；干擾

電氣化鐵路采用工頻單相交流供電制式（50Hz/25kV），供電方式主要有直接供電（T-R）、吸流變壓器供電（BT）、自耦變壓器（AT）。使用電能作為牽引動力，驅(qū)動鐵路列車、動車組、地下列車及城市輕軌等運輸工具，動力強且節(jié)能環(huán)保，廣泛應(yīng)用到我國的鐵路運輸生產(chǎn)中。

1 干擾產(chǎn)生起因

電氣化鐵道干擾包括電力機車干擾和牽引供電系統(tǒng)干擾，牽引供電系統(tǒng)包括牽引變電所和接觸網(wǎng)，由牽引變電所—饋電線—接觸網(wǎng)—電力機車—鋼軌—回流連接—牽引變電所接地網(wǎng)，組成了閉合的牽引供電回路，可產(chǎn)生不平衡牽引電流干擾和接觸網(wǎng)高壓電場干擾。

2 電氣化鐵路產(chǎn)生干擾的種類

電氣化鐵路對鐵路信號系統(tǒng)的干擾影響，可劃分為傳導性干擾、感應(yīng)耦合干擾和輻射影響三種形式。不平衡牽引電流引起傳導性干擾和對地電位升高，接觸網(wǎng)的高壓電場在信號傳輸電纜中產(chǎn)生感應(yīng)的電動勢，工頻磁場作用減弱了變壓器等的耦合作用，電力機車受電弓與接觸網(wǎng)的摩擦和通斷都會產(chǎn)生射頻電磁場騷擾，對GSM-R無線通信設(shè)備、軌旁設(shè)備、車載設(shè)備均有不同程度的干擾。

3 不平衡牽引電流對軌道電路的影響

鋼軌是機車牽引電流和軌道電路傳輸信號電流的共同通道，具有共阻抗耦和的特點，牽引電流以共模信號傳輸，信號電流以差模信號傳輸，在一定條件下，共模電流將轉(zhuǎn)化為差模干擾，即不平衡的牽引電流或脈沖中的直流分量，造成鐵芯器件的磁飽和，大大削弱了信號電流的傳輸，影響設(shè)備正常工作。

3.1 對25Hz相敏軌道電路的干擾

25Hz相敏軌道電路，扼流變壓器（BE）的作用是溝通兩根鋼軌，即平衡牽引電流，同時實現(xiàn)傳輸信號的阻抗匹配。在理想情況下，兩根鋼軌中的牽引電流是相等的，扼流變壓器一次側(cè)（軌道側(cè)）線圈參數(shù)相同，傳輸特性完全平衡，扼流變壓器二次側(cè)（設(shè)備側(cè)）僅有差模信號能量，而共模電流形成的磁通完全抵消。

當上述平衡受到破壞，即由于軌道電路參數(shù)的變化或扼流變壓器自身參數(shù)不平衡，造成流入的牽引電流不平衡時，扼流變壓器變成了干擾耦合器件，共模信號耦合到次級，形成差模干擾進入到信號傳輸通道，造成信號設(shè)備錯誤動作。

另外，隨著扼流變壓器鐵芯中不平衡牽引電流的增加，磁通密度按照磁化曲線相應(yīng)增加至飽和臨界點時，變壓器進入飽和狀態(tài)，變成惰性原件。信號電流輸出產(chǎn)生畸變失真，信號設(shè)備在瞬態(tài)干擾下可能出現(xiàn)錯誤動作。

3.2 對ZPW-2000無絕緣軌道電路的干擾

ZPW-2000軌道電路調(diào)諧區(qū)：由調(diào)諧單元、空芯線圈及29m鋼軌組成，調(diào)諧單元F1型（下稱BA1），對應(yīng)較低頻率軌道電路（1700、2000Hz）端，設(shè)置L1、C1兩元件。調(diào)諧單元F2型（下稱BA2），對應(yīng)較高頻率軌道電路（2300、2600Hz）端，設(shè)置L2、C2、C0三元件。

“F1”端BA的L1、C1對“2300Hz、 2600Hz”端的頻率為串聯(lián)諧振，呈現(xiàn)較低阻抗（約數(shù)十毫歐姆），稱“零阻抗”相當于短路，阻止了相鄰區(qū)段信號進入本軌道電路區(qū)段。同理“F2”端BA的L2、C2對1700Hz、 2000Hz也呈現(xiàn)較低阻抗，阻止了相鄰區(qū)段信號進入本軌道電路區(qū)段。“F1”（F2）端的BA對本區(qū)段的頻率呈現(xiàn)電容性，并與調(diào)諧區(qū)鋼軌、SVA的綜合電感構(gòu)成并聯(lián)諧振，呈現(xiàn)較高阻抗，稱“極阻抗”（約2歐），相當于開路,以此減少了對本區(qū)段信號的衰耗。

調(diào)諧區(qū)也是牽引電流產(chǎn)生干擾的耦合部分，空芯線圈SVA安裝在調(diào)諧區(qū)中間，SVA由直徑1.53mm、19股電磁線繞制，截面為35mm2，電感量為：L＝33±μH，電阻值為25mΩ≥R≥14mΩ。其中50Hz阻抗為0.0104Ω，載頻1700～2600Hz的阻抗約為10Ω至50Ω，遠大于SVA阻抗。當牽引電流不平衡時，電流中50Hz及奇次諧波在SVA上的干擾電壓，主要作用在調(diào)諧單元BA上，耦合進入發(fā)送器或接收器上。由于SVA沒有鐵芯，大電流情況下，不存在磁路飽和問題。

3.3 對機車信號的干擾

機車信號設(shè)備，或稱為軌道電路信息接收單元。它的作用是在列車占用軌道時，通過接收線圈，感應(yīng)接收軌道電路內(nèi)的信號，經(jīng)過處理將結(jié)果傳輸給ATP和LKJ設(shè)備，同時控制機車信號設(shè)備的顯示（圖1）。

圖1

機車信號接收線圈為反向串接，是典型的差分放大器機構(gòu)，感應(yīng)獲取差模信號電流。當軌道中的牽引電流平衡時，形成的共模電壓相互抵消，當存在不平衡牽引電流時，共模干擾轉(zhuǎn)化為差模干擾，與差模的信號電壓疊加后輸出，造成機車信號設(shè)備錯誤動作。

3.4 對地電位的影響

對地電位的升高主要影響人身安全和設(shè)備接地安全，鋼軌作為牽引電流回流通道，與大地之間存在電阻而產(chǎn)生漏泄，導致部分回流經(jīng)過大地再流回變電所。此時作為導體的大地，因接地電阻的存在引起地電位的上升。大地中電流越大，地電位越高，附近的電纜、信號設(shè)備受到的耦合影響越大，接地效果下降。雙線線路中，當兩列車交錯的一段時間內(nèi)，鋼軌電位升高一倍，或接觸網(wǎng)短路時，瞬間電流很大，電位升高更加明顯，可能損害附近人員、設(shè)備。

上述分析中，影響軌道電路正常工作的主要因素是不平衡牽引電流，其數(shù)值大小與牽引電流、鋼軌不平衡度有關(guān)。牽引電流的分配主要與供電方式、道砟電阻、大地電導有關(guān)。造成牽引電流不平衡的縱向因素包括接續(xù)線長度、塞釘接觸電阻、鋼軌阻抗、扼流變壓器一次側(cè)線圈或者空芯線圈SVA不對稱。因此，電務(wù)在維修工作中要盡量保證鋼軌接續(xù)線完好，扼流箱中點連接線以及扼流箱連接端子緊固，使其接觸良好。橫向因素包括兩鋼軌對地不平衡、車輪與鋼軌的接觸電阻等。要求工務(wù)整修中做到，軌端魚尾板螺栓緊固，岔區(qū)一側(cè)鋼軌連接栽在地中半截鋼軌的軌距桿必須絕緣，供電接觸網(wǎng)桿塔火花間隙良好，地線不能直接與鋼軌相連，以便盡量減少軌道電路的橫向不平衡，降低牽引電流不平衡對軌道電路的干擾。

[1]費錫康.無絕緣軌道電路原理及分析[M].北京：中國鐵道出版社，1993.

[2]楊世武.25Hz軌道電路抗電氣化脈沖干擾的研究[M].鐵道學報，1999.21(2).

[3]TB/T 3073-2003 鐵道信號電氣設(shè)備電磁兼容性試驗及其限值[M].北京：中國鐵道出版社，2003.

[4]楊世武.鐵道信號抗干擾技術(shù)[M].北京：北京大學出版社，2012.

U284.93

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1671-0711（2017）03（上）-0153-02