關(guān)于工頻諧波對(duì)軌道電路電壓波動(dòng)解決方案的研究

王 雷

（中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海高鐵維修段，上海 200439）

1 現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題概述

國(guó)內(nèi)某站內(nèi)多個(gè)ZPW-2000A區(qū)段主軌出電壓監(jiān)測(cè)曲線有波動(dòng)現(xiàn)象，并已持續(xù)數(shù)月,站內(nèi)部分區(qū)段示意如圖1所示。以該站6G區(qū)段（載頻2 000 Hz）主軌出電壓監(jiān)測(cè)曲線為例，如圖2所示（其他波動(dòng)區(qū)段曲線類似）。

現(xiàn)場(chǎng)工作人員已更換過(guò)全部的室內(nèi)外設(shè)備，但其主軌出電壓均無(wú)明顯改善。

2 數(shù)據(jù)采集分析

2.1 電壓波動(dòng)譜線分析

為分析6G電壓波動(dòng)原因，使用ME2000P波形記錄儀，采集24 h內(nèi)6G室內(nèi)電纜側(cè)接收、發(fā)送端和主軌出電壓。在天窗點(diǎn)內(nèi)02：46，采集電壓波動(dòng)數(shù)據(jù)，并對(duì)其頻譜分析，如圖3所示。

從圖3中可以發(fā)現(xiàn)，在天窗點(diǎn)時(shí)，6G電纜側(cè)送受端、主軌出電壓都存在較大的4 050、4 150、4 250、4 350 Hz奇次諧波信號(hào)；在其他時(shí)間段，軌道電路波動(dòng)時(shí)也采集到類似的奇次諧波信號(hào)。

如表1所示，根據(jù)采樣定理可知該奇次諧波中的4 150 Hz信號(hào)干擾可以混疊到6G自身的2 000 Hz載頻，當(dāng)干擾頻率幅度增大，混疊越嚴(yán)重，軌出電壓波動(dòng)越大。

表1 可混疊高頻頻率

通過(guò)案例分析可知，站內(nèi)6G的電壓波動(dòng)是來(lái)自軌面電壓的奇次諧波混疊其自身載頻造成的。

2.2 諧波來(lái)源

動(dòng)車(chē)剛進(jìn)入股道時(shí)，由于動(dòng)車(chē)組輪對(duì)泄流，所以能夠在室內(nèi)采集到泄流信號(hào)。如圖4所示，動(dòng)車(chē)組在壓入和駛出股道機(jī)械絕緣節(jié)時(shí)，ME2000P設(shè)備能夠采集到軌面電壓的波動(dòng)。

分析該時(shí)間段內(nèi)的頻譜，如圖5所示。

圖5中的動(dòng)車(chē)泄流時(shí)諧波譜線為4 450～5 550 Hz，其特征與天窗點(diǎn)采集到的6G電壓波動(dòng)頻譜特征不同。根據(jù)上述分析，總結(jié)出如下特征：

1）該站內(nèi)無(wú)動(dòng)車(chē)組運(yùn)行時(shí)，6G有電壓波動(dòng)現(xiàn)象，原因是4 150 Hz的牽引諧波導(dǎo)致；

2）該站內(nèi)有動(dòng)車(chē)組運(yùn)行時(shí)，動(dòng)車(chē)組泄流的牽引諧波特征與天窗點(diǎn)6G電壓波動(dòng)時(shí)的諧波特征不同；

3）6G的送受端電纜側(cè)同時(shí)采集到幅值相近的干擾諧波。

根據(jù)上述特征可以得出：4 150 Hz牽引諧波干擾信號(hào)導(dǎo)致6G電壓波動(dòng)。

3 分析與測(cè)試

牽引諧波來(lái)源于牽引供電系統(tǒng)和機(jī)車(chē)負(fù)載電壓電流波形畸變，導(dǎo)致機(jī)車(chē)泄放的牽引電流中諧波分布和含量發(fā)生變化。牽引電流經(jīng)接觸網(wǎng)由受電弓流入機(jī)車(chē)，再通過(guò)機(jī)車(chē)的泄流輪對(duì)流入兩條鋼軌。由于現(xiàn)場(chǎng)中兩鋼軌的阻抗不會(huì)完全相同， 4 000 Hz高頻信號(hào)的差異會(huì)更加明顯，導(dǎo)致鋼軌中牽引電流不同，從而產(chǎn)生差模電流。差模電流和受端阻抗形成受端軌面電壓傳至室內(nèi)接收設(shè)備。

根據(jù)前文數(shù)據(jù)和譜線分析，該站內(nèi)多區(qū)段軌道電路電壓波動(dòng)均為4 000～4 500 Hz的高頻奇次牽引諧波導(dǎo)致。

由于機(jī)械空心線圈能夠有效抵消高頻信號(hào)產(chǎn)生的軌面電壓，這也是區(qū)間無(wú)諧波干擾的原因之一。因此，本文提出解決方案，將站內(nèi)一體化軌道電路的室外軌旁設(shè)備更換為區(qū)間機(jī)械絕緣節(jié)設(shè)備。

在天窗點(diǎn)，將6G站內(nèi)室外匹配變壓器BPLN替換成調(diào)諧匹配單元PT和機(jī)械空心線圈SVA。更換設(shè)備完畢后，向6G軌面通入50～4 450 Hz干擾信號(hào)，在接收設(shè)備上測(cè)試干擾電壓，結(jié)果如表2所示。

表2 通入干擾信號(hào)后的電壓

站內(nèi)6G同一時(shí)間段內(nèi)更換軌旁設(shè)備前后主軌出電壓監(jiān)測(cè)曲線對(duì)比如圖6所示，從監(jiān)測(cè)曲線可知，該方案對(duì)全頻帶干擾都有明顯衰減，抑制效果良好。但更換后接收軌出電壓下降，需要重新依據(jù)新設(shè)備布置設(shè)計(jì)調(diào)整表。

4 運(yùn)用情況

應(yīng)用本文提出的解決方案，對(duì)該站6G電壓波動(dòng)的抑制取得明顯成效，證明將室外匹配變壓器BPLN更換為調(diào)諧匹配單元 PT和機(jī)械空芯線圈 SVA的方案是可行的。

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