淺議電氣化鐵路牽引供電對鐵路信號設備的影響

翟延濤??

摘要：近年來，鐵路建設發展迅速，電氣化牽引供電系統作為四電建設目標中重要的組成部分，受到了大力推廣。在電氣化鐵路這個大系統中，由于各個部門共存，相互之間必然會產生各種各樣的影響。信號系統是弱電系統，在這個環境中處于從屬地位，如何提高自身的抗干擾能力，是保證信號系統正常運行的重要問題。鐵路的信號系統屬于弱電系統，在電氣化牽引供電系統中，容易受到干擾，導致信號設備的運行或是數據輸入輸出發生異常，從而引發一些不必要的安全事故。本文主要圍繞電氣化鐵路牽引供電對鐵路信號設備的影響進行了分析，以期能夠為相關工作人員提供一些借鑒意義。

關鍵詞：電氣化牽引供電；鐵路信號設備；影響

目前，電氣化鐵路作為鐵路建設的新形式，其通過利用牽引供電系統，在鐵路重載等方面具有無可比擬的作用。當應用電氣化鐵路時，牽引供電系統會形成電磁場或信號脈沖，使其受不同因素的影響對鐵路信號產生不同程度的阻礙。若想減少牽引供電系統所帶來的信號干擾問題，要根據實際情況找到產生信號干擾的根本原因，然后對癥下藥，使其能夠更好地投入使用，進而實現其可持續發展。隨著電氣化鐵路信號設備的影響。近年來，鐵路信號系統使用了大量的新技術、新設備，是這方面的矛盾更加突出，如何解決好這些問題，是鐵路信號系統要解決的一個重要問題。

1 電氣化牽引供電

1.1 簡要介紹

牽引供電系統實質上指：從地方引入的電源通過牽引變電所降低至適宜列車用電的供電系統。牽引供電方式則是通過車輛拖動運輸需要的電能。

牽引供電優勢顯著，主要包括：節約電能，有效加快列車運行速度的同時能夠增強其牽引重量，可提高列車制動功率，降低運輸成本，使自動化進程更為深入等方面。牽引供電可以實現資源利用最大化，在保護生態環境的前提下，促進鐵路發展更加地安全與快速。但相應的，其也存在著不足，例如基礎設施建筑消費高、所需人力物力多，要接入地方電網才能使用等問題，亟待解決。

1.2 鐵路信號設備簡要介紹

信號系統對于鐵路運輸安全與調試具有無可比擬的作用，組成信號系統的重要硬件設備為信號設備，其內部包含了區間信號、車站信號、列車運行等部分。

區間信號通常以車站等作為分界點來進行區域劃分的，如區間閉塞、道口防護以及軸溫探測、車內信號等等。其中，區間閉塞在應用中根據實際情況會采取全自動或半自動方式進行使用；而車站信號主要對車輛調控、信號遙控等發揮作用；并且，因車站在進路上較為復雜多變，且各個股道交錯過程中必須要保證車站進路與道岔操作上完全按照信號所操作，以保證聯鎖反應?，F今，在國內鐵路信號系統應用中，多采取繼電集中聯鎖以及信號遙控系統，對于平面控制調車也在廣泛應用中。

在列車運行的過程其實也是計算機對列車啟動、運行以及調度、停車全過程的監督與指揮，使列車在運行過程中更加穩定和安全，在一定程度上也提高了列車運行的效率。列車在各個流程上也是基于計算機技術以及列車信號設備數據進行的具體操作，以此能夠對所有列車相關信息進行自動的收集和處理，而所有數據和信息也會反饋到列車調動控制中心，以此對列車實際運行情況發送相應控制指令。

對列車指揮自動化設備進行了解，其是在原有的設備基礎上又安裝的列車一系列自動化系統，如通信系統、列車跟蹤系統以及設備故障檢測系統，以及列車運行調控系統等，以達到對列車進行實時監控。

對車輛進行調控一般根據列車的型號、編組等進行詳細劃分，以此能控制列車溜放速度與進路的目的。常用的控制方法主要有自動化、半自動化、機械化和半機械化控制調車。

2 我國電氣化鐵路的特點分析

現今，鐵路運輸系統的運行要靠電力牽引進行運輸，也是一種運行方式。而這種方式能夠在電力作用下轉換為動力，以牽引火車達到運輸目的?，F在所用的列車牽引系統中主要是根據列車軌道的電路以及變電所、接觸電網和回流路線進行的應用。如果對國內現今列車電氣化應用情況進行了解，那么其大多是靠自耦變壓器供電形式所應用，而采取這種方式最大的優點是所需要提供電力的距離相對較遠，不會損失較多的牽引電壓，對于信號受到的干擾也比較小。

3 高速電氣化鐵路牽引供電系統的簡介

高速電氣化鐵路，顧名思義是以電能為主要牽引動力的現代化高速交通運輸工具，在電力機車的牽引下高速列車才得以運行，而作為牽引高速列車運行的電力機車本身是不具備能源的，它需要借助外部的電能來提供它運轉所需的能源，所以將這種為電力機車供電的裝置稱作牽引供電系統。因此，高速電氣化鐵路的主要組成部分分別是電力機車以及牽引供電系統。

3.1 牽引供電系統的構成

在探究牽引供電安全管理問題之前首先要介紹一下高速電氣化鐵路的牽引供電系統的構成，牽引供電系統其主要的組成部分是牽引變電以及接觸網。對牽引供電系統構成進行分析，其系統中所用電流回路主要是根據牽引變電站所反饋過來的電線，然后通過接觸網對列車產生電力，且在鋼軌的作用下實現回流連接，進而實現接地網的閉合電路。目前，列車牽引供電系統最重要的功能就是將電力系統中的電源引入到變電站中，且借助變壓器將電壓進行轉變，以能適應電力機車所應用的電壓，進而將壓制好的電壓通過饋出線引入到接觸網中，然后通過電力機車上的受電弓來實現電壓的應用[1]。

3.2 牽引供電系統的負荷特性

與普通鐵路牽引供電系統相比，牽引供電系統所具有的負荷特點是存在一定優勢的。以普通鐵路牽引供電系統特點進行分析，其主要適用在一些線路阻力以及牽引負載的機車負荷方面，其在負荷上相對較小。反之，對牽引供電系統具有的優勢則是其負荷的增加不僅在克服線路阻力和牽引負載，它更多的消耗在列車克服高速行駛的空氣阻力所需要的動力上。

4 鐵路信號設備受到電氣化牽引供電的影響及原因簡要分析

電氣化干線中的信號設備經常會受到一些因素的影響而出現干擾情況。并且，與其他電氣化系統鐵路信號設備應用情況相比較，電氣化鐵路在實際應用中一直會受到高壓環境的影響，進而出現一些被動情況。如電氣化鐵路電壓一般較高，能達到25千伏左右；再有，在牽引的電流中所呈現出的電壓更高，有時候能保持電壓到上千伏以上電流，可見電氣化鐵路完全是在高壓環境下運行；除此之外，電氣化鐵路在運行過程中鐵路信號設備也會受非線性負荷的影響。雖然電氣化鐵路在應用過程中也進行的改革和整改，但是并未完全將電力機車中的諧波所消除，對鐵路信號設備造成一定影響。目前，在電氣化牽引供電系統中，主要有以下幾點影響：

4.1 信號設備傳導性干擾

鐵路信號設備在傳導過程中非常容易受到干擾，究其原因還是因為電氣化牽引過程中因電流流存在不平衡而引起的干擾，進而對信號設備的應用造成長久干擾。并且，因電氣化牽引在實際應用中出現電流不平衡問題，會造成變壓器產生一定的感應電動勢，會造成扼流變壓器電壓出現升高情況。一般而言，如果電壓升到一定值時，那么會對軌道繼電器產生一定影響，進而造成誤動情況，也會出現信號設備的異常。對不平衡電流進行查看，則可以觀察不平衡系數，以此作為參數進行查看，則可以發現不平衡系數是不平衡電流與總電流的百分比。如，假設鐵軌一側的電流為8，而另一側的電流為9，則可以按照不平衡系數計算公式進行計算，如：K=（98）/（9+8）×100%=5.9%。

4.2 信號設備容性耦合干擾

一般來說，接觸網的電壓基本是一個很大的值，如果強電線上存在對地電壓，由于受到干擾的信號設備和大地之間存在電壓，就會導致信號設備和強電線之間產生電容耦合，從而引起強電線中的強電流分流到信號設備當中，引起感應電動勢產生，對信號設備造成容性耦合影響。所產生的感應電動勢的靜電場強度和信號設備距離以及電流大小都有之間的關聯。

4.3 信號設備感性耦合干擾

電氣化牽引供電電流相較其他而言，可高達上百上千安培，受信號干擾的設備與接觸網間的耦合電感會在電源通過時產生感應電動勢，之后出現感性耦合。感性耦合具體與受信號干擾的設和接觸網二者之間距離相關，此外，也受通過接觸網的電流大小影響，其與容性耦合本質相同卻又有所不同。

4.4 信號設備輻射性干擾

若電氣化牽引供電網內存在大量沖擊電流，多數是因為接觸網觸碰到了受電弓導致受電弓降弓、開關線路出現中斷等現象。牽引電流回線為鋼軌，而沖擊電流會在某種情況下導致軌道繼電器發生錯誤操作，因其在瞬間突然增大使扼流變壓器飽和失去效力，所以頻率為25Hz的信號快速減弱，進而出現問題。而將接觸網與受電弓分開時，出現的電火花會引發影響信號設備的無線電脈沖。

4.5 信號設備受到的其他干擾

一般而言，接觸網接地端為鋼軌，這樣做可為信號設備與工作人員安全提供堅實的基礎。若桿塔與鋼軌連接時，未通過火花間隙或其失效都會出現軌道電力紅光帶現象，其他干擾信號設備的因素還包括電流短路導致火花間擊穿等。

5 信號設備應對電氣化牽引供電干擾的應對策略

5.1 25Hz頻率軌道電路的干擾應對策略

經流軌道的電流若不太平均，會導致傳導性干擾，進行會對25Hz頻率電路產生干擾。經流25Hz頻率軌道電路電流不均衡的原因具體為：電流不均引起的脈沖電流波形上下不對稱，其內部含有的少量直流會導致扼流變壓器等元件飽和，使信號電流發生陷落；除此之外，電流不均引起的脈沖電流會導致軌道電路內減弱的線性濾波器信號，與原有信號融合，引發繼電器產生錯誤擔任，進而使信號設備受到干擾。針對這些情況可提出相應的解決方法，主要包括了：在規定范圍內實現扼流變壓器飽和電流強度最大化，使氣隙有所增大；為抵制過多的信號干擾，可在扼流變壓器上安裝適配器或抗干擾線圈；可設計與25Hz軌道頻率電路，能夠并聯諧振的輔助電路來減少信號干擾問題。

5.2 采用ZPW2000軌道抗干擾技術

我國于上世紀末引進了原型為UM71的ZPW2000軌道抗干擾技術來應對軌道電路干擾，其有效融入我國，并完成了國產化穩頻軌道電路。此外，其因顯著的抗干擾性能，受到了越來越多的關注。具體體現在：由空心線圈制成，對牽引電流為50Hz的阻抗都特別的小，對軌道電流的平衡發揮了非常重要的作用；其次，牽引電流內部包括50Hz電流、奇次諧波和偶次諧波，并且奇次諧波能量本身變非常高，與頻率成反比，為保持牽引電流諧波平衡，ZPW2000軌道抗干擾技術則選用了較高的偶次諧波；通過調整角度來減少信號干擾；ZPW2000軌道抗干擾技術受牽引電流干擾不大，因其頻偏非常小，僅會受到偶次諧波干擾，除此之外的奇次諧波也僅會受到兩個或更少的諧波分量干擾。由此可見，將ZPW2000軌道電路抗干擾應用于電氣化鐵路中，可有效保證其平衡性、穩定性以及安定性，這對提高我國鐵路信號設備應對電氣化鐵路牽引供電系統干擾的應用力，及其未來可持續發展具有非常深遠的意義。

5.3 綜合性的抗干擾措施

針對采取綜合性阬干擾措施的情況，應根據實際問題，從根本上杜絕干擾的發生。其具體步驟包括：嚴格按照規定選擇設備、制定合理的電氣化牽引供電方案，借助架空回流線達到直供供電，使供電回路具有對稱性。為有效減少軌道直接連接上點位連接線這種情況發生，需要科學、合理的在軌道電路中安裝扼流變壓器，以便其能夠正常運行。在完成這一系列操作后，便要開始對電氣化牽引供電系統進行改進與完善，將回流線與列車室、信號機房距離設置為十五米以上，可在一定程度上減少信號的干擾。并按規定設置扼流變壓器和軌道電路長度以及吸上線等。

5.4 計算機連鎖，集中調度，列控中心等電子設備所采取的措施

為有效避免鐵路體系中電磁輻射、地面電壓等對信號設備的干擾，通常采用實施屏蔽來解決這一問題。這種方法能夠從根本上杜絕輻射的傳播與擴散，保證信號設備能夠正常開展工作。屏蔽方式較常應用于鐵路系統放置電腦或機械的房間，且均經過電磁兼容實驗測試，保證符合使用標準及相關規定。

6 結語

電氣化鐵路牽引供電對鐵路信號設備具有阻礙作用，對此，需要結合實際情況找到阻礙原因，及時解決掉問題。這樣一來，應用電氣化鐵路牽引供電系統便可有效避免信號干擾所帶來的影響，正常開展工作。

參考文獻：

[1]卡哈爾江·艾海提.緣于牽引供電系統的鐵路信號系統電磁干擾探析[J].中國高新技術企業，2012.