電氣化牽引供電對ZPW2000A軌道電路的干擾及防護(hù)

摘 要:電氣化鐵路對于我國鐵路發(fā)展重載、高速起著至關(guān)重要的作用，與此同時(shí)電氣化鐵路也帶來了許多新的問題，特別是電氣化牽引供電對鐵路通信信號設(shè)備的影響。本文主要探討電氣化鐵路牽引供電對于ZPW2000A無絕緣軌道電路的影響及防護(hù)措施。

關(guān)鍵詞:牽引供電ZPW2000A無絕緣軌道電路干擾防護(hù)措施

中圖分類號:TM7文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(c)-0085-02

1 引言

電氣化鐵路局優(yōu)綠色環(huán)保節(jié)能等優(yōu)勢，近年來，隨著我國對鐵路建設(shè)加大投入，我國電氣化鐵路里程不斷增加。截止2010年，我國電氣化鐵路里程已突破3萬km，躍居世界第二。

ZPW2000A無絕緣軌道電路是我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)自動(dòng)閉塞制式，已在全路大量上道使用。

電氣化鐵路采用工頻交流制式，是不對稱供電的強(qiáng)電系統(tǒng)，ZPW2000A軌道電路屬于弱電系統(tǒng)，而且ZPW2000A無絕緣軌道電路與牽引回流有共用的通道——鋼軌，因此，在ZPW2000A系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工及維修，都必須考慮抗?fàn)恳╇姷母蓴_問題。

2 產(chǎn)生干擾的的原因及分類

電氣化鐵路牽引供電主要特點(diǎn)是:

(1)牽引供電的額定電壓高，為25kV;

(2)牽引電流大，可達(dá)數(shù)百甚至上千安培;

(3)電力機(jī)車是非線性負(fù)載，在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量諧波成分及電磁輻射。

這些是牽引供電對ZPW2000A系統(tǒng)構(gòu)成干擾的基本原因。

牽引供電對ZPW2000無絕緣軌道電路設(shè)備的影響主要關(guān)注以下幾類干擾:

(1)傳導(dǎo)性干擾，即不平衡牽引電流干擾

牽引電流不平衡指的是在同一時(shí)刻線路的兩條鋼軌中牽引電流存在差值。產(chǎn)生不平衡電流的主要原因包括:鋼軌阻抗(長度和材質(zhì))、接續(xù)線阻抗、對地漏泄、扼流變壓器線圈對稱度不同等。不平衡牽引電流對ZPW2000軌道電流形成干擾的機(jī)理如圖1所示。

理想情況下，兩軌中的牽引電流I1=I2。當(dāng)牽引電流不平衡時(shí)(即圖中I1≠I2)，SVA(空心線圈)上將流入牽引電流(圖中I3)，形成干擾電壓，耦合到發(fā)送或接受設(shè)備，從而造成對ZPW2000設(shè)備的干擾。形成的干擾近似于電流源，成份由50Hz及其諧波組成，主要是奇次諧波，含量與電力機(jī)車的特性相關(guān)。下表為諧波的典型比例表(如表1）:

從表中能夠看出，奇次諧波所占的能量相比偶次諧波要大得多，奇次諧波能量隨著頻率的增加而減小。因此，ZPW2000A軌道電路的調(diào)制載波選擇必須盡量避開50Hz的奇次諧波。

(2)感性耦合

由于牽引電流很大，接觸網(wǎng)與受擾設(shè)備(對于ZPW2000A系統(tǒng)，主要是傳輸電纜)之間存在耦合電感(互感)，因此，受擾設(shè)備中會產(chǎn)生沿長度縱向分布的感應(yīng)電動(dòng)勢，從而形成感性耦合。感性耦合不僅與接觸網(wǎng)電流的大小有關(guān)，還與大地導(dǎo)電率、頻率、接近的距離、接近的長度有關(guān)。

(3)容性耦合

容性耦合對于ZPW2000A影響主要考慮的是傳輸電纜。當(dāng)接觸網(wǎng)上有對地電壓存在時(shí)，由于ZPW2000A傳輸電纜與大地之間有電壓，接觸網(wǎng)與傳輸電纜之間就會有電容耦合，從而形成容性耦合。容性耦合與接觸網(wǎng)電流大小以及與傳輸電纜的距離有關(guān)。金屬護(hù)套接地的電纜或埋地的塑料護(hù)套電纜則因?yàn)榈玫狡帘味皇苋菪择詈嫌绊憽?/p>

(4)阻性耦合/地電位影響

牽引回流通過鋼軌入地為地電流，使附近的大地電位升高，在大地中雜散電流會對地下電纜等產(chǎn)生影響。如果設(shè)備地線或地下電纜靠近入地點(diǎn)，就有可能影響設(shè)備的正常工作。如果接觸網(wǎng)發(fā)生接地短路的情況，瞬間電流很大，則可能會對人身安全造成威脅，入地點(diǎn)附近的電纜金屬護(hù)套與電纜芯線之間可能會產(chǎn)生較高的電壓，從而導(dǎo)致金屬護(hù)套和芯線間絕緣擊穿的危險(xiǎn)。

3 防護(hù)措施

通過前述牽引供電對ZPW2000A無絕緣軌道電路產(chǎn)生干擾的原因，可以總結(jié)出ZPW2000A系統(tǒng)采用的相關(guān)抗干擾措施。

ZPW2000A無絕緣軌道電路在設(shè)計(jì)中主要采取了下列措施:

(1)空心線圈選擇:ZPW2000A采用的空心線圈對于50Hz牽引電流阻抗特別小，對50Hz工頻電流相當(dāng)于短路，從而起到了平衡牽引電流的作用。

(2)載頻選擇: ZPW-2000A調(diào)制載波頻率選在高次的偶次諧波，諧波干擾量少，從而減少牽引電流及其諧波的影響。

(3)調(diào)制方式:ZPW-2000A采用了調(diào)頻方式，是一種角度調(diào)制，抗干擾優(yōu)于幅度調(diào)制，軌道電路信號在傳輸過程中不易受到污染。

(4)頻偏采用±11Hz:由于選擇的頻偏較小，接收設(shè)備可以采用通帶窄、Q值高的帶通濾波器。

(5)低頻選擇:在選擇18種低頻時(shí)，均避開了二次諧波的干擾;

(6)傳輸電纜采用內(nèi)屏蔽數(shù)字信號電纜，有效提高了傳輸電纜的抗干擾性能。

除了系統(tǒng)設(shè)計(jì)采取的防護(hù)措施之外，在系統(tǒng)施工及日常維修中，還必須注意以下幾個(gè)方面:

(1)減少不平衡牽引電流的產(chǎn)生。日常維護(hù)必須要經(jīng)常注意兩點(diǎn):(一)牽引回流是否暢通，主要是連接扼流中心的回流線、吸上線、火花間隙、區(qū)間橫向連接線、鋼軌引接線安裝連接是否符合電氣化區(qū)段防護(hù)要求;(二)避免存在鋼軌單軌直接(間接)接地或單軌回流情況，主要包括:①避免電力架空安全地線與線路一條鋼軌直接相連，或經(jīng)過“火花間隙”后的連接線埋入土中，造成單軌接地;②避免完全橫向連接、電力吸上線處的扼流變壓器、調(diào)諧區(qū)設(shè)備鋼軌連接線其中一端接觸不良;③避免橋梁鋼結(jié)構(gòu)與線路單根鋼軌連接接地;④避免線路地錨拉桿(撐桿)對地未加裝絕緣或絕緣性能不良，造成單軌接地。

(2)按照《鐵路信號維護(hù)規(guī)則》的相關(guān)規(guī)定使用配置電纜，軌道信號傳輸使用數(shù)字內(nèi)屏蔽電纜的屏蔽芯組，并定期測試電纜絕緣，消除單芯接地的隱患，同時(shí)在系統(tǒng)施工時(shí)必須將金屬護(hù)套及電纜內(nèi)屏蔽網(wǎng)可靠接地;

(3)吸上線的設(shè)置符合規(guī)定。在工程設(shè)計(jì)、圖紙審查、施工監(jiān)管、竣工驗(yàn)交階段，嚴(yán)格執(zhí)行“相鄰軌道電路和軌道電路兩端不得連續(xù)加設(shè)吸上線，自動(dòng)閉塞相鄰吸上線的安裝間距不得小于2個(gè)閉塞分區(qū)”等規(guī)定;吸上線設(shè)在進(jìn)站口處，執(zhí)行站內(nèi)側(cè)線回流“一頭堵”的方式限制回流流向，讓牽引回流以最短的路程流向變電所;

(4)橫向連接的設(shè)置必須符合要求;

(5)高柱信號機(jī)的安全地線、接觸網(wǎng)的塔桿地線、橋梁等建筑物的地線，不得直接與設(shè)有軌道電路的鋼軌連接，也不應(yīng)接至扼流變壓器的中心點(diǎn)。

4 結(jié)語

在軌道電路中，電氣化區(qū)段牽引供電造成信號設(shè)備所處的電磁環(huán)境變得復(fù)雜，牽引電流和軌道信號又擁有共同的通道——鋼軌。為確保行車安全，ZPW2000A無絕緣軌道電路必須采取有效的措施來防護(hù)牽引供電的干擾。

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