基于區間相鄰軌電壓波動原因分析及對策

閆仁鋒

(包神鐵路集團神朔鐵路公司陰塔站區，山西忻州 036600)

目前中國鐵路自動閉塞區間系統，設備選型普遍采用ZPW-2000A 型軌道電路，該設備為國內鐵路自動閉塞系統的主流產品，其是在法國UM71 軌道電路的基礎上通過消化吸收、創新自主研發的國產化產品，具有鐵路信號設備的防電磁干擾、安全冗余、“故障—安全”原則。而神朔鐵路自動閉塞區間采用雙側線路及雙向運行的三顯示方式，ZPW-2000A 型軌道電路，這些設備產品的上道運用，推動了神朔線鐵路運能的多拉快跑。但在現場實際運用中，由于設備器材性能、工藝標準的差異性，設計上溝通牽引電流、平衡電位的橫向連接線、吸上線設置的不合理，電纜材質特性、施工工藝的欠缺等諸多外界因素的影響，ZPW-2000A 設備不可避免地存在受其他因素的干擾，給鐵路運輸潛伏了安全隱患。

1 干擾問題的提出

2019 年初，神朔線管內保德站信號集中監測更新改造施工完成后，通過調閱查詢分析信號集中監測曲線，發現保—王（保德站至王家寨站）區間上行線保德站S1LQG 區段在列車占用，且相鄰線路1109G 同時有車占用時，S1LQG 區段載頻2000-1 型軌出1 分路殘壓最高達289.3 mV，嚴重超過ZPW-2000A 軌道電路分路電壓最高報警上限值140 mV，且持續時間長達1 min 多，電氣特性超限報警頻繁。當列車完全出清相鄰線路后，觀察到S1LQG 電壓曲線恢復正常。上述現象表明，S1LQG 在與相鄰線路同時有車占用情況下存在嚴重的行車安全隱患。區間相鄰軌會車時，S1LQG 區段分路殘壓超限報警如圖1 所示。

圖1 區間相鄰軌會車時，S1LQG區段分路殘壓超限報警圖Fig.1 Alarms of residual voltage that is above the limit in the sub-circuits of Section S1LQG when two trains head toward each other on adjacent tracks

2 現場調閱回放分析

通過調閱信號集中監測曲線回放分析，發現S1LQG 區段發生分路殘壓報警具備以下幾個特性。

1）保德站S1LQG 區段發生分路殘壓超標嚴重波動現象時，該區間上下行相鄰線路會車，如圖1所示。

2）保德站S1LQG 區段列車通過，相鄰線路相鄰區段1109G 無列車占用，S1LQG 區段列車占用分路時軌出1 電壓曲線略有波動曲線圖，此時可以忽略不計，如圖2 所示。

圖2 S1LQG與相鄰線路區段無會車時的電壓曲線Fig.2 Voltage curves of S1LQG when no trains head toward each other in S1LQG and adjacent line segments

3）保德站S1LQG 列車且與相鄰線路1109G 同時有車占用時，通過調閱信號集中監測中心頻曲線數據查看其電氣特性，發現報警時S1LQG 軌入電壓同時存在2000-1 型(1106AG 中心頻為2001.4Hz）、2000-2 型（S1LQG 中心頻）兩種載頻頻率。而軌出1 電壓中心頻不僅有本區段的1 998.7 Hz 頻率，還有列車運行前方相鄰區段1106AG 中心頻的2 001.4 Hz 頻率，通過對電氣特性數據梳理分析，初步判斷造成S1LQG 區段電氣特性分路殘壓超限且報警的直接原因為混入了相鄰區段1106G 中AG的載頻頻率，如圖1 所示 。

3 ZPW-2000A軌道電路干擾原因分析

電氣化鐵路規定ZPW-2000A 軌道電路在分路狀態最不利條件下，在主軌道內的任意一點采用0.15 Ω 標準分路線進行分路時，軌道電路的“軌出1”分路電壓不能大于140 mV；并且軌道繼電器必須保證可靠落下。保德站S1LQG 在自身及相鄰線路有車占用時，其分路殘壓已經超過《鐵路信號維護規則》技術標準規定的電氣特性分路殘壓值，因此盡快對該技術隱患問題進行查找處理，防止出現不可控制的電務安全風險。綜合考慮各種情況，按照《鐵路信號維護規則》、《鐵路信號設計規范》及參照造成ZPW-2000A 型軌道電路可能干擾原因的分析，此故障的原因應該有以下3 個方面。

3.1 數字信號電纜使用錯誤或電纜性能不良

電氣化鐵路自動閉塞區間的ZPW-2000A 型軌道電路，為防止電氣化區段各種電磁干擾、竄頻干擾及其他外界干擾，在滿足軌道電路的傳輸上，采用鐵路數字型、內屏蔽型信號電纜；當信號傳輸線有相同頻率的信息同時傳輸時，電纜使用有線對的內屏蔽型電纜；規定同一根數字信號電纜不能同時傳送兩個頻率相同的發送與接收信息；當有兩個頻率相同的發送信息時，使用的數字信號電纜嚴禁設置在同一頻率四線組內；對數字信號電纜中傳輸的發送、接收信息，電纜線對要求按四芯組對角線成對使用；對線路敷設、終端設備備用、進入信號機械室內備用的電纜余量不得成“O”形閉合環狀存放。數字信號電纜電氣特性規定芯線全程對地絕緣不小于1 MΩ。可見ZPW-2000 系列無絕緣軌道電路使用的內屏蔽數字信號電纜，在電纜的始、終端，如果內、外屏蔽層沒有做到良好的工藝連接，可靠接地，密封處理，當受潮或外力及不可預估出現虛斷或接地處斷線時，由于數字信號電纜互感耦合以及發送電平過高容易造成竄頻干擾，容易出現地面信號和機車信號顯示升級。

3.2 自動閉塞區間吸上線設置位置不合理

為確保電氣化鐵路牽引電流順利回歸牽引變電所，防止牽引不平衡大電流對信號設備造成干擾及燒損，牽引供電專業在區間設置了吸上線，在站內進站處設置橫向連接線。兩線都是為了保證牽引電流的回流暢通，平衡兩線路的電位而設置的，用來保護人身和設備安全。如果上述功能線設置位置不合理，安裝距離不滿足《鐵路信號設計規范》中“相鄰軌道電路和軌道電路兩端不得連續加設吸上線，自動閉塞區段相鄰吸上線的安裝間距不得小于2 個閉塞分區”的規定。極有可能形成軌道電路第三軌電流通路，造成相鄰線路相鄰區段竄頻干擾。通過現場檢查發現，保德站的S1LQG 接收端吸上線坐標K109+836 接觸網桿號112#；橫向連接線坐標K109+885 m；1109G 發送端吸上線坐標K109+836 接觸網桿號155#；橫向連接線坐標K109+885 m；1106AG 接收端吸上線坐標K111+551 接觸網桿號002#；橫向連接線坐標K111+605 m；1133AG 發送端吸上線坐標K111+551 接觸網桿號001#，橫向連接線坐標K111+551 m。通過現場檢查、測試及圖紙對照分析，發現保—王區間下行線1109G、1133G 區段設置的吸上線不符合《鐵路信號設計規范》中“相鄰軌道電路和軌道電路兩端不得連續加設吸上線，自動閉塞區段相鄰吸上線的安裝間距不得小于2 個閉塞分區”的規定。造成保德至王家寨區間線路在S1LQG 和1109G 處上下行同時有車占用時，通過吸上線、橫向連接線構成軌道電路第三軌迂回通路，將1106AG 的信息竄入S1LQG。造成S1LQG 分路殘壓超標，使信號設備潛伏著嚴重的行車安全隱患。如圖3 所示。

3.3 相鄰線路臨近區段干擾原因分析

3.3.1 ZPW-2000A型軌道電路電氣絕緣原理

ZPW-2000A 型軌道電路由電氣絕緣節和調諧單元組成，其電氣絕緣節由兩根29 m 長的鋼軌和其兩端各設置的一個調諧單元及空心線圈構成，其中由L1、C1兩組件構成F1型調諧單元，適用于1 700 Hz、2 000 Hz 載頻的移頻軌道電路；由L2、C2、C2三組件構成F2型調諧單元，適用于2 300 Hz、2 600 Hz 載頻的移頻軌道電路。各種調諧單元主要用于對相鄰軌道電路實現電氣隔離作用，當接收到本區段軌道電路的載頻信息時，軌道電路產生并聯諧振，諧振阻抗表現為高阻性，有利于本區段軌道電路信息的傳輸及接收；而對于相鄰區段軌道電路的載頻信息產生串聯諧振，諧振阻抗呈現零阻性，相鄰區段的移頻信號短路，防止相鄰區段移頻信息越區傳輸。電氣絕緣原理圖及各部件說明如圖4 所示。

圖3 S1LQG、1109G、1133G、1106G處吸上線和橫向連接線構成第三軌迂回電路圖Fig.3 Diagram of circuitous circuits of the third rail composed of suction lines and transverse connecting lines at S1LQG, 1109G, 1133G and 1106G

圖4 ZPW-2000A電氣絕緣原理圖Fig.4 Schematic diagram of ZPW-2000A electrical insulation

圖4 中，F1（F2）型調諧單元的L1、C1（L2、C2）對F2（F1）端的頻率為串聯諧振，電路諧振時呈現低阻抗，表現為“零阻抗”，短路F2（F1）端的移頻信息，避免相鄰區段移頻信息進入本區段。

F1（F2）型調諧單元對于本區段的移頻信息呈現電容性，同調諧區的鋼軌、空心線圈等構成電路并聯諧振，電路諧振時呈現高阻抗，便于本區段移頻信號的傳輸。

3.3.2 干擾原因分析

通 過 對S1LQG、1106G、1109G、1133G 軌道區段自身載頻頻率及測試數據分析，S1LQG軌入中心載頻2 000-2 Hz，正常時軌入主電壓1 119.7 mV，軌出1 電壓645.3 mV。測試收端調諧單元輸入阻抗值波動且極不穩定，極阻抗數據為0.3 ～0.5 Ω；零阻抗數據為0.01 ～0.09 Ω，與2 000 Hz 調諧單元出廠的阻抗值相背離。同一里程相鄰區段的1109G 軌入中心載頻2 300-1 Hz，正常軌入主電壓1 311.6 mV，軌出1 電壓692.1 mV。S1LQG 運行前方區段1106G，分為1106BG、1106AG 兩個區段，其中1106BG 中心載頻2 600-1 Hz，1106AG 中心載頻2 000-2 Hz；不難看出軌道區段S1LQG 和1106AG 的載頻一樣，只是區別于“1”和“2”兩種型號，當S1LQG 且相鄰線路1109G 同時有車占用時，通過S1LQG 軌道電路區段的接收端、1109G 發送端的橫向連接線及此處的吸上線、1106AG 的接收端以及1133AG處的簡單橫向連接線、吸上線構成迂回通路，造成S1LQG 接收端調諧單元竄入1106AG 的載頻頻率和一定幅度的干擾電壓。當S1LQG 接收端調諧單元設備性能、電氣特性不良時，由于混入同一載頻，致使S1LQG 有車占用時，分路殘壓嚴重超標并報警，若不及時查找處理，極其嚴重的行車安全隱患帶來的后果將不堪設想。

4 解決對策

通過對S1LQG 干擾原因分析，會同中鐵工程設計咨詢集團有限公司太原設計院及供電專業共同調整保德至王家寨間吸上線的安裝位置，確保了區間相鄰區段吸上線的設置符合《鐵路信號維護》關于吸上線設置的相關規定。

通過電氣特性數據分析，更換S1LQG 接收端的調諧單元及匹配變壓器，確保軌道電路接收設備性能良好，工作穩定，達到良好的電氣傳輸、電氣隔離。

5 結論

通過移設自動閉塞相鄰區間的吸上線，更換良好的調諧單元及匹配變壓器，此安全隱患得到了徹底處理，保障鐵路運輸安全暢通。