1、电化区段信号设备抗干扰分析摘要：本文通过对电气化牵引电流的特点的分析，结合信号设备的电气特性，给出了电化区段牵引电流对铁路信号设备产生影响的原因、种类，并结合具体设备提出相应的防范措施。 关键词：牵引电流 传导性干扰 容性耦合 感性耦合 阻性耦合 中图分类号：U228.2 文献标识码： A 文章编号： 随着电气化铁路建设速度的加快，电气化区段信号设备受牵引电流干扰的问题变得越来越突出，要解决这个问题需要先对电化区段干扰源进行分析。 1电化区段牵引电流对信号设备产生的影响： 电气化铁路属于强电系统，它具有以下三个特点： 额定电压高，可达 25kV； 牵引电流可达到数百安培甚至上千安培； 电力机车
2、为非线性负载，在整流换相和运行过程中会产生大量谐波成分。 这些特点构成了电气化铁路对信号设备干扰的基本原因。从干扰的种类来说，可分为传导、感应、辐射三种形式，具体影响可分为以下五类： 1.1 传导性干扰 传导性干扰即牵引电流不平衡干扰，它是电气化铁路对轨道电路干扰的主要原因。信号设备和牵引电流共用钢轨这个通道，由于钢轨阻抗、接续线电阻、对地漏泄、扼流变压器线圈对称度不同等因素，往往是流经两根钢轨上的电流不等，从而形成了不平衡电流。由于不平衡电流的存在，在扼流变压器二次侧产生一个感应电动势，它的大小相当于扼流变压器一次侧半个线圈中流有一个大小为两个钢轨电流差的电流在次级线圈中的感应值，这个差值能
3、使扼流变压器升压，电压升到一定程度就会使轨道继电器误动。 1.2 容性耦合 一般接触网电压为 25kV，当强电线上有一对地电压存在时，由于受扰设备(如通信线)与大地之间有电压，强电线与通信线之间就会有电容耦合，因此必然有电流自强电流分流入受扰设备，产生静电感应电动势，从而形成容性耦合。静电场的强度与电流大小以及与受扰物的距离有关。1.3 感性耦合 牵引电流可达数百安培甚至上千安培，当强电线（接触网）中有电流通过时，由于强电线与受扰设备之间有耦合电感（互感） ，因此，受扰设备中会产生感应纵向电动势，从而形成感性耦合。感性耦合不仅与接触网电流的大小有关，还与接近的距离、接近的长度有关。 1.4 辐
4、射性影响 受电弓与接触网接触，当受电弓升降弓、过分电段、开关其主断电路以及驶过有硬点的接触网时，会使牵引网中产生大的冲击电流。钢轨是牵引电流的回线，脉冲电流瞬间冲击使扼流变压器饱和，25Hz 信号在几个周期内被削弱，从而使轨道继电器误动。另外，受电弓与接触网离线时会产生电火花，引发无线电干扰脉冲，从而影响到无线通信的质量。1.5 阻性耦合/地电位影响 牵引回流通过钢轨与大地之间漏导入地，使附近的大地电位升高，在大地中杂散电流会对通信电缆等产生影响。接触网短路时，瞬间电流很大，地电位明显升高，会对设备或人身安全造成隐患。 2现有信号设备应采取的防范措施 不同的信号设备对不同类电气化干扰的反应不同
5、，因此，具体的信号设备所采取的措施各不相同。如对轨道电路，主要考虑的是传导性干扰，而对于传输电缆主要关注的是容性干扰、感性干扰。下面是几种具体信号设备所采用的防范措施 2.1 25Hz 轨道电路 25Hz 轨道电路主要是传导性干扰，即牵引电流不平衡所引起的干扰。牵引电流不平衡对 25Hz 轨道电路影响主要有两个途径：一是由不平衡电流所产生的脉冲电流的波形是上下半波不对称的近似正弦波形，其中包含有直流成分，容易使轨道电路中扼流变压器等铁磁预元件发生此饱和，从而导致轨道电路中传输的 25Hz 信号电流产生陷落现象；二是由于脉冲干扰在轨道电路接收器中线性滤波器的通带内形成 25Hz 衰减振荡，与原有
6、的 25Hz 信号可能相加（同相时） ，相减（反相时） ，从而使轨道电路发生误动。 25Hz 轨道电路采取的措施： （a）增加扼流变压器的气隙，增加铁芯的饱和电流强度； （b）在扼流变压器次级加绕抗干扰线圈，并加装适配器； （c）设计 LC 电路使其对 25Hz 产生并联谐振、增强信号。 2.2 ZPW-2000 移频轨道电路所采取的措施 作为一种移频轨道电路，ZPW-2000 具有移频轨道电路抗干扰的各种特点，具体如下： （a）线圈选择：采用空心线圈对于 50Hz 牵引电流阻抗特别小，相当于断路，从而起到了平衡牵引电流的作用。 （b）载频选择：由于牵引电流不仅仅存在着 50Hz 基波，还有相
7、应的奇次谐波、偶次谐波。从能量分布来看，奇次谐波所占的能量比较大，奇次谐波能量随着频率的增加而减小。因此， ZPW-2000 在选择载频上，选择高的偶次谐波，从而避开牵引电流的影响。 （c）调制方式：ZPW-2000 选择角度调制，角度调制的抗干扰优于幅度调制，传输过程中不易受到干扰。 （d）频偏选择：由于选择的频偏较小，接收设备的带通滤波器通带窄、Q 值高，且在带通中仅有一个偶次谐波干扰，在奇次频率漂移时最多影响有两个谐次分量，故牵引电流干扰量小。 2.3 计算机联锁，集中调度，列控中心等电子设备所采取的措施 电气化铁路对于电子设备的影响主要是电磁辐射、电磁感应、地电位等方面的影响，对于这些问题主要的解决方法就是屏蔽，从传播途径上切断电磁辐射的来源。所有的电子设备在上道前都要进行电磁兼容的实验，实验达到标准才能上道。 参考文献： 1.ZPW-2000A 区段工频干扰成因分析及整治方案研究.宋思明.北京：中国铁道出版社.2006。 2.97 型 25Hz 相敏轨道电路的主要特点及技术指标. 柳拥军.西南交通大学出版社.2008. 作者简介： 王超出生年月：1982 06 25 性别：男民族：汉籍贯：河北省博野县 工作单位：天津南环电务有限公司，职称：助理工程师毕业院校：河北工业大学 学位：本科研究方向：电化区段信号设备抗干扰分析
