摘 要:电气化铁路对于我国铁路发展重载、高速起着至关重要的作用,与此同时电气化铁路也带来了许多新的问题,特别是电气化牵引供电对铁路通信信号设备的影响。本文主要探讨电气化铁路牵引供电对于ZPW2000A无绝缘轨道电路的影响及防护措施。
关键词:牵引供电ZPW2000A无绝缘轨道电路干扰防护措施
中图分类号:TM7文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)06(c)-0085-02
1 引言
电气化铁路局优绿色环保节能等优势,近年来,随着我国对铁路建设加大投入,我国电气化铁路里程不断增加。截止2010年,我国电气化铁路里程已突破3万km,跃居世界第二。
ZPW2000A无绝缘轨道电路是我国具有自主知识产权的先进自动闭塞制式,已在全路大量上道使用。
电气化铁路采用工频交流制式,是不对称供电的强电系统,ZPW2000A轨道电路属于弱电系统,而且ZPW2000A无绝缘轨道电路与牵引回流有共用的通道——钢轨,因此,在ZPW2000A系统的设计、施工及维修,都必须考虑抗牵引供电的干扰问题。
2 产生干扰的的原因及分类
电气化铁路牵引供电主要特点是:
(1)牵引供电的额定电压高,为25kV;
(2)牵引电流大,可达数百甚至上千安培;
(3)电力机车是非线性负载,在运行过程中会产生大量谐波成分及电磁辐射。
这些是牵引供电对ZPW2000A系统构成干扰的基本原因。
牵引供电对ZPW2000无绝缘轨道电路设备的影响主要关注以下几类干扰:
(1)传导性干扰,即不平衡牵引电流干扰
牵引电流不平衡指的是在同一时刻线路的两条钢轨中牵引电流存在差值。产生不平衡电流的主要原因包括:钢轨阻抗(长度和材质)、接续线阻抗、对地漏泄、扼流变压器线圈对称度不同等。不平衡牵引电流对ZPW2000轨道电流形成干扰的机理如图1所示。
理想情况下,两轨中的牵引电流I1=I2。当牵引电流不平衡时(即图中I1≠I2),SVA(空心线圈)上将流入牵引电流(图中I3),形成干扰电压,耦合到发送或接受设备,从而造成对ZPW2000设备的干扰。形成的干扰近似于电流源,成份由50Hz及其谐波组成,主要是奇次谐波,含量与电力机车的特性相关。下表为谐波的典型比例表(如表1）:
从表中能够看出,奇次谐波所占的能量相比偶次谐波要大得多,奇次谐波能量随着频率的增加而减小。因此,ZPW2000A轨道电路的调制载波选择必须尽量避开50Hz的奇次谐波。
(2)感性耦合
由于牵引电流很大,接触网与受扰设备(对于ZPW2000A系统,主要是传输电缆)之间存在耦合电感(互感),因此,受扰设备中会产生沿长度纵向分布的感应电动势,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,还与大地导电率、频率、接近的距离、接近的长度有关。
(3)容性耦合
容性耦合对于ZPW2000A影响主要考虑的是传输电缆。当接触网上有对地电压存在时,由于ZPW2000A传输电缆与大地之间有电压,接触网与传输电缆之间就会有电容耦合,从而形成容性耦合。容性耦合与接触网电流大小以及与传输电缆的距离有关。金属护套接地的电缆或埋地的塑料护套电缆则因为得到屏蔽而不受容性耦合影响。
(4)阻性耦合/地电位影响
牵引回流通过钢轨入地为地电流,使附近的大地电位升高,在大地中杂散电流会对地下电缆等产生影响。如果设备地线或地下电缆靠近入地点,就有可能影响设备的正常工作。如果接触网发生接地短路的情况,瞬间电流很大,则可能会对人身安全造成威胁,入地点附近的电缆金属护套与电缆芯线之间可能会产生较高的电压,从而导致金属护套和芯线间绝缘击穿的危险。
3 防护措施
通过前述牵引供电对ZPW2000A无绝缘轨道电路产生干扰的原因,可以总结出ZPW2000A系统采用的相关抗干扰措施。
ZPW2000A无绝缘轨道电路在设计中主要采取了下列措施:
(1)空心线圈选择:ZPW2000A采用的空心线圈对于50Hz牵引电流阻抗特别小,对50Hz工频电流相当于短路,从而起到了平衡牵引电流的作用。
(2)载频选择: ZPW-2000A调制载波频率选在高次的偶次谐波,谐波干扰量少,从而减少牵引电流及其谐波的影响。
(3)调制方式:ZPW-2000A采用了调频方式,是一种角度调制,抗干扰优于幅度调制,轨道电路信号在传输过程中不易受到污染。
(4)频偏采用±11Hz:由于选择的频偏较小,接收设备可以采用通带窄、Q值高的带通滤波器。
(5)低频选择:在选择18种低频时,均避开了二次谐波的干扰;
(6)传输电缆采用内屏蔽数字信号电缆,有效提高了传输电缆的抗干扰性能。
除了系统设计采取的防护措施之外,在系统施工及日常维修中,还必须注意以下几个方面:
(1)减少不平衡牵引电流的产生。日常维护必须要经常注意两点:(一)牵引回流是否畅通,主要是连接扼流中心的回流线、吸上线、火花间隙、区间横向连接线、钢轨引接线安装连接是否符合电气化区段防护要求;(二)避免存在钢轨单轨直接(间接)接地或单轨回流情况,主要包括:①避免电力架空安全地线与线路一条钢轨直接相连,或经过“火花间隙”后的连接线埋入土中,造成单轨接地;②避免完全横向连接、电力吸上线处的扼流变压器、调谐区设备钢轨连接线其中一端接触不良;③避免桥梁钢结构与线路单根钢轨连接接地;④避免线路地锚拉杆(撑杆)对地未加装绝缘或绝缘性能不良,造成单轨接地。
(2)按照《铁路信号维护规则》的相关规定使用配置电缆,轨道信号传输使用数字内屏蔽电缆的屏蔽芯组,并定期测试电缆绝缘,消除单芯接地的隐患,同时在系统施工时必须将金属护套及电缆内屏蔽网可靠接地;
(3)吸上线的设置符合规定。在工程设计、图纸审查、施工监管、竣工验交阶段,严格执行“相邻轨道电路和轨道电路两端不得连续加设吸上线,自动闭塞相邻吸上线的安装间距不得小于2个闭塞分区”等规定;吸上线设在进站口处,执行站内侧线回流“一头堵”的方式限制回流流向,让牵引回流以最短的路程流向变电所;
(4)横向连接的设置必须符合要求;
(5)高柱信号机的安全地线、接触网的塔杆地线、桥梁等建筑物的地线,不得直接与设有轨道电路的钢轨连接,也不应接至扼流变压器的中心点。
4 结语
在轨道电路中,电气化区段牵引供电造成信号设备所处的电磁环境变得复杂,牵引电流和轨道信号又拥有共同的通道——钢轨。为确保行车安全,ZPW2000A无绝缘轨道电路必须采取有效的措施来防护牵引供电的干扰。
参考文献
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