電氣化鐵路牽引供電對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備的影響分析

電氣化鐵路牽引供電對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備的影

響分析倪志剛朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司，中國(guó)?山西忻州0361001引言當(dāng)前，隨著中國(guó)鐵路事業(yè)的飛速發(fā)展，電氣化鐵路的建設(shè)已經(jīng)成為鐵路修建的新形式，電氣化鐵路建設(shè)主要是利用牽引供電系統(tǒng)，為鐵路的運(yùn)行提供動(dòng)力電源，在鐵路重載和高速運(yùn)行等方面都發(fā)揮著無(wú)可替代的重要價(jià)值。在電氣化鐵路建設(shè)過(guò)程中，采用牽引供電的方式，可能會(huì)在電流傳輸?shù)倪^(guò)程中形成具有干擾性的電子廠或信號(hào)脈沖，而這些干擾因素也會(huì)影響到鐵路信號(hào)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。想要從根源上減少或避免牽引供電系統(tǒng)對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)所帶來(lái)的干擾問(wèn)題，鐵路工作人員就應(yīng)該根據(jù)干擾實(shí)際情況找到信號(hào)干擾源，采取有針對(duì)性的抗干擾措施保障信號(hào)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。近年來(lái)，隨著中國(guó)現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，鐵路事業(yè)中的信號(hào)系統(tǒng)中也融合了大量的新型現(xiàn)代化技術(shù)以及現(xiàn)代化設(shè)備，這也使得電氣化鐵路事業(yè)中牽引供電系統(tǒng)與鐵路信號(hào)系統(tǒng)之間的矛盾更加突出，因此，如何能夠解決好牽引供電系統(tǒng)對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)帶來(lái)的干擾問(wèn)題，成為了當(dāng)前鐵路從業(yè)人員應(yīng)該關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。2牽引供電系統(tǒng)對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備產(chǎn)生的干擾類型以及產(chǎn)生原因牽引供電系統(tǒng)對(duì)于鐵路信號(hào)設(shè)備的傳導(dǎo)性干擾電氣化鐵路事業(yè)的發(fā)展需要牽引供電系統(tǒng)為鐵路的運(yùn)行提供動(dòng)力，而且以供電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中受到外界不可抗因素，可能會(huì)存在電流波動(dòng)的問(wèn)題，從而干擾到了鐵路信號(hào)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而電流波動(dòng)帶來(lái)的干擾問(wèn)題，也是導(dǎo)致鐵路信號(hào)設(shè)備受到影響的主要原因。在電氣化鐵路事業(yè)建設(shè)過(guò)程，鐵路鋼軌與牽引供電系統(tǒng)和信號(hào)設(shè)備系統(tǒng)均有連接。同時(shí)，鐵路鋼軌也是保障電流正常運(yùn)轉(zhuǎn)和信號(hào)傳輸?shù)墓餐ǖ?，由于鐵路鋼軌在電力傳輸過(guò)程中存在接線抗阻、鋼軌抗阻以及地漏等因素的影響，這就導(dǎo)致牽引供電設(shè)備流經(jīng)鐵路鋼軌的電流值存在一定的波動(dòng)，這也會(huì)支持電流在運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)不平衡問(wèn)題，從而對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備形成一定的干擾。在不平衡電流的影響作用下，電氣化鐵路的扼流變壓器就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這一電動(dòng)勢(shì)會(huì)直接導(dǎo)致扼流變壓器的電壓值持續(xù)上升，當(dāng)電壓值上升到一定程度后，就會(huì)導(dǎo)致鐵道中的繼電器產(chǎn)生誤動(dòng)，從而引發(fā)鐵路信號(hào)設(shè)備的異常問(wèn)題。牽引供電系統(tǒng)對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備產(chǎn)生的容性耦合干擾在通常情況下，接觸網(wǎng)需要的標(biāo)準(zhǔn)值電壓較高，如果在強(qiáng)電線路上存在對(duì)的電壓，那么，受到干擾的信號(hào)設(shè)備與大地之間也會(huì)存在接地電壓，這就會(huì)導(dǎo)致鐵路信號(hào)設(shè)備與強(qiáng)電線之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的電容耦合反應(yīng),從而導(dǎo)致強(qiáng)電線中的強(qiáng)電流分散到信號(hào)設(shè)備中，當(dāng)分散電流流入到鐵路信號(hào)設(shè)備時(shí)，就會(huì)引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而對(duì)信號(hào)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成容性耦合影響。需要注意的是，強(qiáng)電線電流分流過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)靜電場(chǎng)強(qiáng)度、強(qiáng)電線路與鐵路信號(hào)設(shè)備之間的距離，以及強(qiáng)電線路中電流量分流的大小之間都具有密切的聯(lián)系［1］。牽引供電系統(tǒng)對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備的感性耦合干擾在電氣化鐵路事業(yè)的建設(shè)過(guò)程中，采用牽引供電的方式，需要較高的電壓值和電流量，因此在通常情況下，牽引電流都能夠達(dá)到幾百甚至上千安培，當(dāng)鐵路鋼軌接觸網(wǎng)通過(guò)電流時(shí)，鐵路信號(hào)設(shè)備與接觸網(wǎng)的強(qiáng)電線之間就會(huì)出現(xiàn)耦合電感，在這樣的條件下，受到電流干擾的鐵路信號(hào)設(shè)備中就會(huì)形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而產(chǎn)生感性耦合的問(wèn)題。感性耦合與容性耦合這兩種干擾問(wèn)題既存在相似之處，又存在一定的差異性，在通常情況下，感性耦合現(xiàn)象的發(fā)生，不僅僅與鐵路信號(hào)設(shè)備和接觸網(wǎng)之間的距離存在密切的關(guān)聯(lián)，同時(shí)還與鐵路信號(hào)設(shè)備接觸網(wǎng)通過(guò)的電流量大小之間有關(guān)。牽引供電系統(tǒng)對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備的輻射性干擾當(dāng)電流經(jīng)過(guò)的接觸網(wǎng)與受電弓之間發(fā)生密切接觸時(shí)，如果存在過(guò)分電段、受電弓降弓、駛過(guò)存在硬點(diǎn)的接觸網(wǎng)以及開關(guān)主斷電路等問(wèn)題時(shí),就可能會(huì)對(duì)電氣化鐵路建設(shè)事業(yè)中的牽引供電系統(tǒng)帶來(lái)較大的沖擊電流。鐵路鋼軌是牽引電流系統(tǒng)中的回線部分，當(dāng)鐵路鋼軌家受到?jīng)_擊電流的瞬間，就會(huì)直接導(dǎo)致扼流變壓器達(dá)到飽和狀態(tài)，而扼流變壓器的狀態(tài)，會(huì)直接影響到信號(hào)傳遞的頻率，這會(huì)導(dǎo)致信號(hào)傳遞在同周期內(nèi)被直接削弱，進(jìn)而出現(xiàn)由于信號(hào)傳輸系統(tǒng)的錯(cuò)誤而引發(fā)軌道繼電器的誤動(dòng)。除此之外，接觸網(wǎng)的受電弓在離線狀態(tài)下還會(huì)產(chǎn)生大量的電火花，這些電火花的出現(xiàn)，會(huì)在區(qū)域范圍內(nèi)產(chǎn)生無(wú)線電脈沖，進(jìn)而影響到鐵路信號(hào)設(shè)備信息的傳遞質(zhì)量和傳遞準(zhǔn)確性［2］。牽引供電系統(tǒng)對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備帶來(lái)的其他干擾在通常情況下，為了確保鐵路設(shè)備檢修工作人員的安全性，鐵路鋼軌還起到了鐵路供電接觸網(wǎng)的接地端作用。但是如果在鐵路運(yùn)行檢測(cè)工作中沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)某些桿塔沒有經(jīng)過(guò)火花間隙就直接與鋼軌進(jìn)行連接的問(wèn)題，或是出現(xiàn)了火花間隙已經(jīng)失效等其他原因，就可能會(huì)導(dǎo)致鐵路鋼軌中出現(xiàn)軌道電力紅光帶。除此之外，當(dāng)列車的受電弓出現(xiàn)了支持絕緣閃爍、受電沖擊等故障問(wèn)題時(shí)，將會(huì)在一瞬間產(chǎn)生較大的短路電流，而這些短路電流的瞬間爆發(fā)下的巨大沖擊力也會(huì)使火花間隙被瞬間擊穿，從而對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備的信息傳遞產(chǎn)生不利的影響［3］。3鐵路信號(hào)設(shè)備應(yīng)對(duì)牽引供電系統(tǒng)的抗干擾措施3.125赫茲頻率下軌道電路的抗干擾應(yīng)對(duì)措施25赫茲頻率的軌道信息設(shè)備電路在運(yùn)行過(guò)程中受到的主要干擾為傳導(dǎo)性干擾問(wèn)題，而傳導(dǎo)性干擾問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因是由于牽引供電系統(tǒng)供電過(guò)程中電流的波動(dòng)性而引發(fā)的。在通常情況下，25赫茲頻率的軌道電路遭受電流波動(dòng)影響的形式主要分為兩種［4］。第一種是波動(dòng)電流會(huì)直接形成脈沖電流，而脈沖電流的波形圖像上下處于不對(duì)稱狀態(tài)，并且其中還摻雜了一些直流電流成分，這些電流成分可能會(huì)導(dǎo)致扼流變壓器等其他電力元件瞬間飽和，進(jìn)而導(dǎo)致鐵路信號(hào)傳輸系統(tǒng)在信息傳輸?shù)倪^(guò)程中，由于25赫茲頻率的軌道線路中出現(xiàn)電流波動(dòng)問(wèn)題而出現(xiàn)傳遞失誤的問(wèn)題［5］。第二種是波動(dòng)電流在運(yùn)行的過(guò)程中還可能會(huì)對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備產(chǎn)生脈沖干擾，這些脈沖電路會(huì)在軌道電路內(nèi)部的限行濾波器中形成逐漸衰減的震蕩性沖擊，而這種逐漸衰減的振蕩信號(hào)沖擊，可能會(huì)與原有的鐵路信號(hào)設(shè)備發(fā)出的信號(hào)相互疊加,在相互干擾的過(guò)程中，就會(huì)導(dǎo)致軌道電路中的繼電器發(fā)生誤動(dòng)，影響到信號(hào)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)［6］。對(duì)于這些問(wèn)題的應(yīng)對(duì)措施，可以從以下三個(gè)方面入手：第一，可以適當(dāng)?shù)脑龃蠖罅髯儔浩鞯蔫F芯飽和電流強(qiáng)度，確保扼流電壓器在受到脈沖干擾的情況下不會(huì)直接達(dá)到飽和狀態(tài)。第二，在厄流變壓器周邊增加一些抗干擾的線圈，從而有效地強(qiáng)化扼流變壓器對(duì)于電力波動(dòng)脈沖的抗干擾能力，與此同時(shí)，還可以通過(guò)安裝適配器的方式降低電流波動(dòng)帶來(lái)的干擾問(wèn)題。第三，可以在25赫茲軌道頻率的電路旁設(shè)計(jì)一條輔助電路，通過(guò)二者之間的并聯(lián)作用起到諧振效果，從而達(dá)到增強(qiáng)鐵路信號(hào)設(shè)備信號(hào)傳遞的目標(biāo)［6］。采用ZPW2000軌道電路抗干擾應(yīng)對(duì)措施ZPW2000抗干擾系統(tǒng)是在20個(gè)世紀(jì)90年代引入中國(guó)的，這一系統(tǒng)在應(yīng)用的過(guò)程中具有較強(qiáng)的抗干擾性能。第一，ZPW2000采用的是空心線圈，對(duì)50赫茲頻率下的牽引電流阻抗較小，應(yīng)對(duì)50赫茲的牽引電流強(qiáng)度幾乎處于斷路狀態(tài)，這也能夠起到平衡軌道電流，使得電流不處于強(qiáng)烈波動(dòng)狀態(tài)的效果。第二，ZPW2000系統(tǒng)內(nèi)部使用了較高的偶次諧波，牽引電路系統(tǒng)的電流在運(yùn)行過(guò)程中，除去50赫茲的基礎(chǔ)電流波段外，還存在偶次諧波和奇次諧波，其中，奇次諧波所攜帶的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于偶次諧波。除此之外，奇次諧波在運(yùn)行過(guò)程中所攜帶的能量會(huì)隨著頻率的降低而逐步增加。而ZPW2000自帶較高的偶次諧波，就可以有效地避免由于牽引電流運(yùn)行而產(chǎn)生的干擾問(wèn)題［7］。綜合性的抗干擾措施綜合性抗干擾措施主要應(yīng)該根據(jù)牽引電路帶來(lái)的不同干擾影響有針對(duì)性地采取抗干擾措施，從源頭上解決干擾問(wèn)題。首先，可以通過(guò)合理的選擇牽引供電的方式，不斷提升牽引電流回路系統(tǒng)中電波的對(duì)稱性，這樣就可以有效地降低電流波動(dòng)，對(duì)于信號(hào)設(shè)備正常運(yùn)行產(chǎn)生的影響。其次，還可以通過(guò)安裝電容補(bǔ)償器降低電流運(yùn)行過(guò)程中葉波對(duì)于信號(hào)設(shè)備信息傳遞產(chǎn)生的干擾。最后，還可以在電氣化鐵路建設(shè)過(guò)程中，采用更加合理的牽引供電方