關于工頻諧波對軌道電路電壓波動解決方案的研究

王 雷

（中國鐵路上海局集團有限公司上海高鐵維修段，上海 200439）

1 現場問題概述

國內某站內多個ZPW-2000A區段主軌出電壓監測曲線有波動現象，并已持續數月,站內部分區段示意如圖1所示。以該站6G區段（載頻2 000 Hz）主軌出電壓監測曲線為例，如圖2所示（其他波動區段曲線類似）。

現場工作人員已更換過全部的室內外設備，但其主軌出電壓均無明顯改善。

2 數據采集分析

2.1 電壓波動譜線分析

為分析6G電壓波動原因，使用ME2000P波形記錄儀，采集24 h內6G室內電纜側接收、發送端和主軌出電壓。在天窗點內02：46，采集電壓波動數據，并對其頻譜分析，如圖3所示。

從圖3中可以發現，在天窗點時，6G電纜側送受端、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；在其他時間段，軌道電路波動時也采集到類似的奇次諧波信號。

如表1所示，根據采樣定理可知該奇次諧波中的4 150 Hz信號干擾可以混疊到6G自身的2 000 Hz載頻，當干擾頻率幅度增大，混疊越嚴重，軌出電壓波動越大。

表1 可混疊高頻頻率

通過案例分析可知，站內6G的電壓波動是來自軌面電壓的奇次諧波混疊其自身載頻造成的。

2.2 諧波來源

動車剛進入股道時，由于動車組輪對泄流，所以能夠在室內采集到泄流信號。如圖4所示，動車組在壓入和駛出股道機械絕緣節時，ME2000P設備能夠采集到軌面電壓的波動。

分析該時間段內的頻譜，如圖5所示。

圖5中的動車泄流時諧波譜線為4 450～5 550 Hz，其特征與天窗點采集到的6G電壓波動頻譜特征不同。根據上述分析，總結出如下特征：

1）該站內無動車組運行時，6G有電壓波動現象，原因是4 150 Hz的牽引諧波導致；

2）該站內有動車組運行時，動車組泄流的牽引諧波特征與天窗點6G電壓波動時的諧波特征不同；

3）6G的送受端電纜側同時采集到幅值相近的干擾諧波。

根據上述特征可以得出：4 150 Hz牽引諧波干擾信號導致6G電壓波動。

3 分析與測試

牽引諧波來源于牽引供電系統和機車負載電壓電流波形畸變，導致機車泄放的牽引電流中諧波分布和含量發生變化。牽引電流經接觸網由受電弓流入機車，再通過機車的泄流輪對流入兩條鋼軌。由于現場中兩鋼軌的阻抗不會完全相同， 4 000 Hz高頻信號的差異會更加明顯，導致鋼軌中牽引電流不同，從而產生差模電流。差模電流和受端阻抗形成受端軌面電壓傳至室內接收設備。

根據前文數據和譜線分析，該站內多區段軌道電路電壓波動均為4 000～4 500 Hz的高頻奇次牽引諧波導致。

由于機械空心線圈能夠有效抵消高頻信號產生的軌面電壓，這也是區間無諧波干擾的原因之一。因此，本文提出解決方案，將站內一體化軌道電路的室外軌旁設備更換為區間機械絕緣節設備。

在天窗點，將6G站內室外匹配變壓器BPLN替換成調諧匹配單元PT和機械空心線圈SVA。更換設備完畢后，向6G軌面通入50～4 450 Hz干擾信號，在接收設備上測試干擾電壓，結果如表2所示。

表2 通入干擾信號后的電壓

站內6G同一時間段內更換軌旁設備前后主軌出電壓監測曲線對比如圖6所示，從監測曲線可知，該方案對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，需要重新依據新設備布置設計調整表。

4 運用情況

應用本文提出的解決方案，對該站6G電壓波動的抑制取得明顯成效，證明將室外匹配變壓器BPLN更換為調諧匹配單元 PT和機械空芯線圈 SVA的方案是可行的。

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