电气化铁道对信号设备的干扰分析

杨克俭

（辽宁铁道职业技术学院，辽宁 锦州 121000）

电气化铁道对信号设备的干扰分析

杨克俭

（辽宁铁道职业技术学院，辽宁 锦州 121000）

近年来，随着新建铁路线全部使用电气化牵引，既有线路大部分也进行了电气化改造。随着牵引重量的增加，列车运行速度的提高，牵引电流越来越大，对铁路信号设备的电磁干扰愈来愈大，对行车安全构成严重的威胁。本文结合铁道现场信号设备应用实际，分析电气化铁路干扰的起因、种类，阐述了轨道电路抗干扰的措施。

电气化；铁道信号；轨道电路；干扰

电气化铁路采用工频单相交流供电制式（50Hz/25kV），供电方式主要有直接供电（T-R）、吸流变压器供电（BT）、自耦变压器（AT）。使用电能作为牵引动力，驱动铁路列车、动车组、地下列车及城市轻轨等运输工具，动力强且节能环保，广泛应用到我国的铁路运输生产中。

1 干扰产生起因

电气化铁道干扰包括电力机车干扰和牵引供电系统干扰，牵引供电系统包括牵引变电所和接触网，由牵引变电所—馈电线—接触网—电力机车—钢轨—回流连接—牵引变电所接地网，组成了闭合的牵引供电回路，可产生不平衡牵引电流干扰和接触网高压电场干扰。

2 电气化铁路产生干扰的种类

电气化铁路对铁路信号系统的干扰影响，可划分为传导性干扰、感应耦合干扰和辐射影响三种形式。不平衡牵引电流引起传导性干扰和对地电位升高，接触网的高压电场在信号传输电缆中产生感应的电动势，工频磁场作用减弱了变压器等的耦合作用，电力机车受电弓与接触网的摩擦和通断都会产生射频电磁场骚扰，对GSM-R无线通信设备、轨旁设备、车载设备均有不同程度的干扰。

3 不平衡牵引电流对轨道电路的影响

钢轨是机车牵引电流和轨道电路传输信号电流的共同通道，具有共阻抗耦和的特点，牵引电流以共模信号传输，信号电流以差模信号传输，在一定条件下，共模电流将转化为差模干扰，即不平衡的牵引电流或脉冲中的直流分量，造成铁芯器件的磁饱和，大大削弱了信号电流的传输，影响设备正常工作。

3.1 对25Hz相敏轨道电路的干扰

25Hz相敏轨道电路，扼流变压器（BE）的作用是沟通两根钢轨，即平衡牵引电流，同时实现传输信号的阻抗匹配。在理想情况下，两根钢轨中的牵引电流是相等的，扼流变压器一次侧（轨道侧）线圈参数相同，传输特性完全平衡，扼流变压器二次侧（设备侧）仅有差模信号能量，而共模电流形成的磁通完全抵消。

当上述平衡受到破坏，即由于轨道电路参数的变化或扼流变压器自身参数不平衡，造成流入的牵引电流不平衡时，扼流变压器变成了干扰耦合器件，共模信号耦合到次级，形成差模干扰进入到信号传输通道，造成信号设备错误动作。

另外，随着扼流变压器铁芯中不平衡牵引电流的增加，磁通密度按照磁化曲线相应增加至饱和临界点时，变压器进入饱和状态，变成惰性原件。信号电流输出产生畸变失真，信号设备在瞬态干扰下可能出现错误动作。

3.2 对ZPW-2000无绝缘轨道电路的干扰

ZPW-2000轨道电路调谐区：由调谐单元、空芯线圈及29m钢轨组成，调谐单元F1型（下称BA1），对应较低频率轨道电路（1700、2000Hz）端，设置L1、C1两元件。调谐单元F2型（下称BA2），对应较高频率轨道电路（2300、2600Hz）端，设置L2、C2、C0三元件。

“F1”端BA的L1、C1对“2300Hz、 2600Hz”端的频率为串联谐振，呈现较低阻抗（约数十毫欧姆），称“零阻抗”相当于短路，阻止了相邻区段信号进入本轨道电路区段。同理“F2”端BA的L2、C2对1700Hz、 2000Hz也呈现较低阻抗，阻止了相邻区段信号进入本轨道电路区段。“F1”（F2）端的BA对本区段的频率呈现电容性，并与调谐区钢轨、SVA的综合电感构成并联谐振，呈现较高阻抗，称“极阻抗”（约2欧），相当于开路,以此减少了对本区段信号的衰耗。

调谐区也是牵引电流产生干扰的耦合部分，空芯线圈SVA安装在调谐区中间，SVA由直径1.53mm、19股电磁线绕制，截面为35mm2，电感量为：L＝33±μH，电阻值为25mΩ≥R≥14mΩ。其中50Hz阻抗为0.0104Ω，载频1700～2600Hz的阻抗约为10Ω至50Ω，远大于SVA阻抗。当牵引电流不平衡时，电流中50Hz及奇次谐波在SVA上的干扰电压，主要作用在调谐单元BA上，耦合进入发送器或接收器上。由于SVA没有铁芯，大电流情况下，不存在磁路饱和问题。

3.3 对机车信号的干扰

机车信号设备，或称为轨道电路信息接收单元。它的作用是在列车占用轨道时，通过接收线圈，感应接收轨道电路内的信号，经过处理将结果传输给ATP和LKJ设备，同时控制机车信号设备的显示（图1）。

图1

机车信号接收线圈为反向串接，是典型的差分放大器机构，感应获取差模信号电流。当轨道中的牵引电流平衡时，形成的共模电压相互抵消，当存在不平衡牵引电流时，共模干扰转化为差模干扰，与差模的信号电压叠加后输出，造成机车信号设备错误动作。

3.4 对地电位的影响

对地电位的升高主要影响人身安全和设备接地安全，钢轨作为牵引电流回流通道，与大地之间存在电阻而产生漏泄，导致部分回流经过大地再流回变电所。此时作为导体的大地，因接地电阻的存在引起地电位的上升。大地中电流越大，地电位越高，附近的电缆、信号设备受到的耦合影响越大，接地效果下降。双线线路中，当两列车交错的一段时间内，钢轨电位升高一倍，或接触网短路时，瞬间电流很大，电位升高更加明显，可能损害附近人员、设备。

上述分析中，影响轨道电路正常工作的主要因素是不平衡牵引电流，其数值大小与牵引电流、钢轨不平衡度有关。牵引电流的分配主要与供电方式、道砟电阻、大地电导有关。造成牵引电流不平衡的纵向因素包括接续线长度、塞钉接触电阻、钢轨阻抗、扼流变压器一次侧线圈或者空芯线圈SVA不对称。因此，电务在维修工作中要尽量保证钢轨接续线完好，扼流箱中点连接线以及扼流箱连接端子紧固，使其接触良好。横向因素包括两钢轨对地不平衡、车轮与钢轨的接触电阻等。要求工务整修中做到，轨端鱼尾板螺栓紧固，岔区一侧钢轨连接栽在地中半截钢轨的轨距杆必须绝缘，供电接触网杆塔火花间隙良好，地线不能直接与钢轨相连，以便尽量减少轨道电路的横向不平衡，降低牵引电流不平衡对轨道电路的干扰。

[1]费锡康.无绝缘轨道电路原理及分析[M].北京：中国铁道出版社，1993.

[2]杨世武.25Hz轨道电路抗电气化脉冲干扰的研究[M].铁道学报，1999.21(2).

[3]TB/T 3073-2003 铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值[M].北京：中国铁道出版社，2003.

[4]杨世武.铁道信号抗干扰技术[M].北京：北京大学出版社，2012.

U284.93

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1671-0711（2017）03（上）-0153-02