新建電氣化鐵路對既有鐵路信號系統(tǒng)干擾影響的分析研究

齊亞娜

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司電化電信處,天津 300251)

隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展,鐵路運量迅速增長,列車密度加大,追蹤間隔時間越來越短,客運專線鐵路大規(guī)模建設(shè)。新建線路的選線并行于既有線的情況較多,尤其是在樞紐地區(qū)范圍內(nèi),經(jīng)常出現(xiàn)三線、四線并行的情況。如何解決新建電氣化鐵路并行于既有非電化鐵路時對既有信號系統(tǒng)的干擾影響,是信號工程設(shè)計需要解決的關(guān)鍵問題之一,也是鐵路新線選線作業(yè)需要兼顧考慮的因素之一。

1 既有線信號系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前我國路網(wǎng)中既有線信號系統(tǒng)標(biāo)準普遍較低。在非電化區(qū)段自動閉塞區(qū)段區(qū)間信號電纜采用綜合護套電纜,車站站內(nèi)及接近區(qū)段電纜采用塑料護套或綜合護套電纜,站內(nèi)軌道電路采用50 Hz交流連續(xù)式軌道電路和四信息移頻、極頻或微電子交流計數(shù)等非電化區(qū)段電碼化制式。

在電化區(qū)段自動閉塞區(qū)段區(qū)間和站內(nèi)信號電纜大部分采用鋁護套綜合扭絞電纜,站內(nèi)軌道電路采用25 Hz相敏軌道電路,但自閉制式通常為未到大修期的趨于淘汰的多信息移頻、微電子交流計數(shù)制式自動閉塞和電碼化。

2 電氣化鐵路對既有線信號系統(tǒng)的干擾分析

電力牽引區(qū)段由于供電電源為50 Hz交流電源,其對信號專業(yè)50 Hz交流連續(xù)式軌道電路、移頻軌道電路設(shè)備會產(chǎn)生50 Hz諧波干擾。對于此類干擾目前主要解決措施為更換為97型25 Hz相敏軌道電路進行防護[2～3],這里不做深入分析。

另外,電力牽引區(qū)段接觸網(wǎng)的電壓和電流,在其周圍空間產(chǎn)生連續(xù)分布的交變電磁場對信號電線路等系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)生一定的影響。接觸網(wǎng)牽引電流通過感性耦合在電線路上產(chǎn)生磁影響,接觸網(wǎng)電壓通過容性耦合對信號電線路和其他信號設(shè)備產(chǎn)生電影響。電力牽引區(qū)段對地絕緣的架空明線應(yīng)考慮電影響和磁影響因素,地下電纜及護套接地的架空電纜線路僅考慮磁影響因素,在接觸網(wǎng)短路時,地下電纜線路還應(yīng)考慮地電流的影響[1]。

下面主要從磁感應(yīng)縱電動勢危險影響、電化干擾線性計算分析等幾個方面進行分析。

2.1 磁感應(yīng)縱電動勢危險影響及其允許值

2.1.1 磁感應(yīng)縱電動勢可引起下列危險影響

接觸網(wǎng)牽引電流在信號電線路任意兩點間感應(yīng)的電勢差稱為磁感應(yīng)縱電動勢。將會帶來對運營維修人員產(chǎn)生接觸危險,對沿線信號設(shè)備帶來擊穿絕緣、燒毀設(shè)備的危險,從而存在潛在的信號設(shè)備錯誤動作危險(錯誤控制、錯誤表示、錯誤解鎖)[1]。

2.1.2 磁感應(yīng)縱電動勢危險影響的允許值

按有關(guān)規(guī)定[3],當(dāng)接觸網(wǎng)正常工作時,信號電線路上的磁感應(yīng)縱電動勢允許值為60 V。當(dāng)接觸網(wǎng)短路接地故障時,信號電纜線路上的磁感應(yīng)縱電動勢應(yīng)不超過直流耐壓試驗的75%或交流耐壓試驗的85%。

2.2 電化干擾對既有非電化半自動閉塞區(qū)段干擾線性計算分析

在某城際鐵路工程設(shè)計中,存在并行于既有線地段的間距從10～90 m不等的情況。該地區(qū)大地導(dǎo)電率在2.5×10-14～86×10-14(CGSM)(CGSM為電磁學(xué)單位制,即centimeter-gram-second electro-magnetic system 厘米-克-秒 電磁單位制)間,接觸網(wǎng)等效電流最大為918 A,短路電流最大為9.2 kA,綜合屏蔽系數(shù)取0.36[1],對該地段范圍內(nèi)既有各站(A、B、C、D)的電化干擾進行了線性計算,詳見表1、表2(其中表2中僅列舉了大地導(dǎo)電率為50×10-14CGSM的情況)。

表1 50 Hz危險影響正常狀態(tài)

表2 50 Hz危險影響：短路狀態(tài)

從上述計算分析可以看出,新建電氣化鐵路在大地導(dǎo)電率為10×10-14、50×10-14、100×10-14CGSM時,對距離新建線路分別為100、70、40 m以外的既有鐵路綜合護套信號電纜的干擾在信號允許范圍內(nèi)。因此,若既有鐵路為非電氣化鐵路、既有信號電纜采用的是綜合護套電纜,當(dāng)新建線路與既有鐵路并行間距在5～100 m時,則應(yīng)請物探專業(yè)提交并行于新線范圍的既有鐵路大地導(dǎo)電率測試技術(shù)報告,信號專業(yè)對既有線進行干擾影響分析并采取適當(dāng)防護措施。

2.3 電化干擾對既有非電化自動閉塞區(qū)段干擾線性分析的防護措施

對既有非電化自動閉塞的干擾分析,較半自動閉塞區(qū)段增加了區(qū)間自動閉塞的情況,需要具體問題具體分析。

如果四線并行線間距小于10 m,并行線路為同方向同頻率,則需對既有線軌道電路進行分割,以減少相鄰新線帶來的干擾。

如果區(qū)間既有為極頻或分散移頻軌道電路,則需更換閉塞制式,換為符合我國鐵路主要技術(shù)政策的ZPW-2000(UM)系列移頻軌道電路[4]。

如果并行區(qū)段電纜仍為綜合護套電纜,建議對綜合護套電纜在并行于新建電化鐵路范圍更換為鋁護套電纜。

3 電化干擾區(qū)段信號工程防護設(shè)計

從上述分析,案例中的A、B、C、D站距離新線在30 m左右,站內(nèi)采用綜合護套信號電纜,在各種大地導(dǎo)電率情況下,1.4 km的接近電纜內(nèi)產(chǎn)生的磁感應(yīng)縱電動勢均在60 V以上,不符合規(guī)定要求,需考慮對A站～D站信號設(shè)備采取防護措施。當(dāng)既有線信號電纜改為鋁護套電纜時,磁感應(yīng)縱電動勢均在60 V以下(表3),在信號允許范圍之內(nèi),符合有關(guān)規(guī)定。

因此,對以上4站進行干線電纜更換為鋁護套電纜和軌道電路更換為97型25 Hz相敏軌道電路的改造工程,以解決電化干擾問題。

表3 50 Hz危險影響： 正常狀態(tài)(綜合護套電纜與鋁護套電纜對比)

4 結(jié)語

在工程設(shè)計中如遇到電氣化鐵路與既有非電化鐵路并行情況,信號專業(yè)可通過上述方法進行計算分析,也可結(jié)合現(xiàn)場實際的大地導(dǎo)電率、電纜類型、利用上表進行驗算、得出干擾結(jié)論,得出符合工程需要的量化指標(biāo),從而確定信號工程改造方案,確保行車安全。線路專業(yè)在選線時,如果并行既有鐵路較近,在條件允許的情況下,如果能夠避免同方向運行的線路間距大于10 m(可按上下行線路穿插布置),則在保證安全的前提下還可減少信號專業(yè)投資。

[1] 中國鐵路通信信號總公司研究設(shè)計院.鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊-信號[M].北京：中國鐵道出版社,1993:784-787.

[2] 安海君,李建清,吳保英.25 Hz相敏軌道電路[M].北京：中國鐵道出版社,2004.

[3] 中華人民共和國鐵道部.TB10007—2006 鐵路信號設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2006.

[4] 中華人民共和國鐵道部.TB/T3206—2008 ZPW-2000軌道電路技術(shù)條件[S].北京：中國鐵道出版社，2008.