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铁路电气化信号设备防干扰———理论与实践知识讲座兰州西电务段郭大立目录第一章电气化铁路的组成第二章防止电击伤的安全常识第三章电气化有关人员安全规则第四章电气化干扰来源及案例第五章近年信号设备抗干扰进展第一章电气化铁路的组成电气化铁路是以电能作为牵引动力的一种现代化交通运输工具。电气化铁路除了包括铁道信号控制设备、通信设备以外，还包括电力机车(或电动车组)和牵引供电系统两大部分。第一节牵引供电系统的组成第一章电气化铁路的组成牵引供电系统是专门给电力机车(或电动车组)供给电能的装置，包括接触网和牵引变电所。电力系统的电能通过牵引变电所、馈电线、接触网、钢轨、吸上线及回流线供给电力机车。在我国采用工频单相交流牵引制。第一节牵引供电系统的组成第一章电气化铁路的组成第一节牵引供电系统的组成第一章电气化铁路的组成牵引变电所牵引变电所是将电力系统输送来的110kV或220kV工频交流高压电，通过牵引变压器变成27．5kV等级的单相工频交流电，通过馈电线将电能送到电气化铁路(接触网)上，满足电力机车的供电需要。第一节牵引供电系统的组成第一章电气化铁路的组成第一节牵引供电系统的组成第一章电气化铁路的组成馈电线是牵引变电所与接触网之间的连接线，它从牵引变电所向接触网供电，在分相装置的两侧连接到接触网上，使之获得27．5kV电源。接触网是电气化铁路上的主要供电装置，它的悬挂形式将接触线直接架设在铁路线路的上方，通过与电力机车顶部受电弓的滑动接触将电能供给电力机车(或电动车组)。第一节牵引供电系统的组成第一章电气化铁路的组成第一节牵引供电系统的组成10第一章电气化铁路的组成钢轨和吸上线在电气化铁路上，电力机车是利用两条钢轨作为牵引电流回路的，经过一段钢轨传输后大部分牵引电流从与之相连的吸上线(绝缘电缆)直接回到变电所。由于轨道与大地之间是不绝缘的，所以牵引电流的另一部分要流经大地，从埋设在牵引变电所下面的接地网回到牵引变压器。第一节牵引供电系统的组成第一章电气化铁路的组成吸上线和钢轨也不是直接相连，而是通过增设在轨道电路绝缘节处的扼流变压器中性点牢固连接，使牵引电流回路和轨道信号回路各自形成导通回路，互不干扰。回流线是将流经吸上线的牵引电流直接回送变电所内的牵引变压器，减少电能损失，同时降低了对铁路沿线通信、信号线路和装置的电磁干扰。通常回流线与接触网线路同杆架设，每隔一定的区段通过吸上线与钢轨相连。第一节牵引供电系统的组成第一章电气化铁路的组成电力机车是牵引列车的动力装置，由牵引电动机接受接触网的电能，将其转变为机械能，驱动机车的车轮运行。第二节电力机车的工作原理。第一章电气化铁路的组成其工作原理是接收接触网上的交流电，经受电弓进入机车的主断路器再进入主变压器，从主变压器的牵引绕组经过硅机组整流后，向六台分两组并联的牵引电机供直流电，将电能转变为机械能，经过齿轮的传递驱动机车动轮转动。第二节电力机车的工作原理。第一章电气化铁路的组成1、直接供电方式(见图)，在牵引网中不加防护干扰措施，对信号、通信设施及设备维护存在较大的干扰危害。第三节牵引网的几种供电方式第一章电气化铁路的组成2、BT(吸流变压器)方式吸流变压器顾名思义，其原边串接在接触网(r)内，副边串接在特设的回流线(N)内，每两台BT中间安设一根吸上线，其电气连接如图所示。第三节牵引网的几种供电方式第一章电气化铁路的组成3．AT(自耦变压器)方式自耦变压器跨接于接触网(T)和正馈导线(F)之间，其中点与钢轨及沿接触网线路同杆架设的保护线(Pw)相连，其电气连接如图所示。第三节牵引网的几种供电方式第一章电气化铁路的组成4、带回流线的直接供电方式目前大部分电气化改造中均采用带回流线的直接供电方式(见图2—3)。第三节牵引网的几种供电方式第一章电气化铁路的组成带回流线的直接供电方式取消了BT供电方式中的吸流变压器，保留了回流线，使钢轨中的回流尽可能地由回流线流回牵引变电所，同时能抵消接触网对临近电气设施的干扰，这种供电方式设备简单，因此供电设备的可靠性得到了提高；由于取消了吸流变压器，只保留了回流线，因此牵引网阻抗比直供方式低一些，供电性能好一些，造价也不太高，所以这种供电方式在我国电气化铁路上得到了广泛应用。第三节牵引网的几种供电方式20第一章电气化铁路的组成在电气化牵引区段，站内目前采用97型25周相敏轨道电路，区间自动闭塞区段前期采用ZP89型移频轨道电路，提速区段经技术改造已采用ZPW－2000型无绝缘移频轨道电路，因此不论站内还是区间均针对电气化牵引区段的特点，对钢轨的牵引回流按两种方式处理，一是在轨道电路绝缘节处增设扼流变压器通过中性点来导通牵引回流，在有吸上线处接至扼流变压器（可增设空扼流）中性点处。第四节电气化区段的轨道电路第一章电气化铁路的组成牵引回流消除轨道信号第一章电气化铁路的组成牵引回流消除另一种是针对区间无缝钢线路采用ZPW－2000型无绝缘轨道电路对牵引回流的处理方式，由轨道分界处调谐区内空心线圈起到平衡牵引回流作用，在有吸上线处接至扼流变压器（可增设空扼流）中性点处。24第二章防止电击伤的安全常识第一节电击危险性的原因当人受到一定程度电击时，一旦电流通过心脏，有可能发生心脏颤动而造成生命危险。因为电流通过心脏和肺等重要内脏器官所产生的危害较大，一般来说，应避免由手至足或左右两手之间的触电，此时危险性最大。举一个实例说明：遭雷击或接触网落地，着地点附近有人触电后倒地，此刻若用手扶地，是致命危险。25第二章防止电击伤的安全常识第二节人体触电流安全容许值。通常认为通过人体的最大容许电流值为10～15mA，因为此时人还能够独立地离开电极，脱离危险。不同电流强度下触电后人体生理反应不同，分为：知觉电流(1mA以下)、自主电流(1—15mA)、冻结电流(15—30mA)和心室颤动电流，流经人体的电流小于冻结电流是安全的。26第三章电气化铁路作业人员安全防护知识第一节总则1、在电气化铁路上，接触网的各导线及其相连部件，通常均带有高压电，因此禁止直接或间接地(通过任何物件，如棒条、导线、水流等)与上述设备接触。2、当接触网的绝缘不良时，在其支柱、支撑结构及其金属结构上，在回流线与钢轨的连接点上，都可能出现高电压，因此平常应避免与上述部件相接；当接触网绝缘损坏时，禁止与之接触。27第三章电气化铁路作业人员安全防护知识第二节电气化铁路附近有关安全规定3、为保证人身安全，除专业人员按规定作业外，任何人员所携带的物件(包括长杆、导线等)与接触网设备的带电部分需保持二米以上的距离。4、在距接触网带电部分不到二米的建筑物上作业时，接触网必须停电，并要遵照下列规定办理：⑴．施工领导人要向电力调度员提出接触网停电申请书，申请书中应明确指出施工地点、施工所需时间，施工开始时间及作业特点。对于有计划的作业，申请书应于施工前两天提出。28第三章电气化铁路作业人员安全防护知识第二节电气化铁路附近有关安全规定⑵．只有在接到电力调度员许可停电施工的命令，并有接触网工区指定的接触网工安设临时接地线之后，方可开始施工。施工时接触网工必须在场监护，在有关电气安全方面，施工领导人必须听从接触网工的指导。⑶．施工结束，接触网工要确认所有工作人员都已在安全地点之后，方可拆除临时接地线，并通知电力调度员施工已完了。在拆除临时接地线之后严禁再进行施工。29第三章电气化铁路作业人员安全防护知识第二节电气化铁路附近有关安全规定5、在距接触网带电部分二米到四米的导线、支柱、房顶及其它设施上施工时，接触网可不停电，但须有接触网工或经专门训练的人员在场监护。6、发现接触网断线及其部件损坏或在接触网上挂有线头、绳索等物，均不准与之接触，要立即通知附近的接触网工区或电力调度派人处理。在接触网检修人员到达以前，将该处加以防护，任何人员均应距已断导线接地处所十米以外。如接触网已断导线等侵入建筑接近限界危及行车安全时，则必须根据《铁路技术管理规程》的规定进行防护处理。第四章电气化牵引干扰来源及案例在电力牵引区段中，接触网周围空间有分布的交变电磁场，在附近的各种信号设备上，会产生对大地的电位和纵电动势，同时，电气化铁路供电系统与信号共用钢轨作为公共传输通道，牵引供电系统存在对信号设备的干扰问题。因此，电力牵引区段的干扰分析，主要是对轨道电路、信号机、电缆、机车信号等设备干扰以及对维修作业人员的危害来源进行分析，其中对轨道电路中两条钢轨电流的不平衡及电磁干扰量列为研究的重点。第一节概论第四章电气化牵引干扰来源及案例电气化铁路对信号设备的干扰分为四类：(1)轨道电路和机车信号受钢轨中不平衡牵引电流回流、瞬间脉冲电流及谐波电流的干扰。(2)电缆受牵引网系统的感性、容性耦合的干扰。(3)电力机车系统对轨道电路及区间电子计轴设备、电气集中设备、自动闭塞系统、驼峰测速雷达系统受放射、耦合、回流地电位等的影响。第二节牵引干扰的来源第四章电气化牵引干扰来源及案例⑷机车车载设备包括机车信号、LKJ列车运行监控装置等受电力机车的电、磁、电磁辐射源的影响。除了上述四方面外，还存在危险电压对维修操作人员的人身安全的影响。其中第一类干扰后果最为严重，因此也是抗干扰防护的重点。第二节牵引干扰的来源分类第四章电气化牵引干扰来源及案例电气化铁道把钢轨作为牵引电流的一条回流通道。作为列车位置检查设备的轨道电路，无论在站内和区间都要划分很多的区段，并采用绝缘节隔开，因此，为了疏通牵引电流必须要安装扼流变压器，牵引回流通过扼流变压器中性点，经两根钢轨回归牵引变电所。扼流变压器的两个半边线圈匝数相等(阻抗相等)，两根钢轨的长度相等(钢轨阻抗相等)，故从基本原理上讲两根钢轨上通过的牵引电流应是相等的(每根钢轨均通过50％的牵引电流回流)。第三节轨道电路不平衡牵引回流的主要来源第四章电气化牵引干扰来源及案例但实际上通过两根钢轨的牵引电流是不平衡的。这是因为钢轨对大地的绝缘程度极低，牵引回流除了一部分电流沿钢轨回流，而另一部分回流则沿大地流通回归变电所。因此，牵引回流的分配取决于三个方面因素的影响：•一是钢轨的导电率，包括钢轨、轨端连接线和扼流变压器的性能第三节轨道电路不平衡牵引回流的主要来源第四章电气化牵引干扰来源及案例二是“钢轨一大地”间的接触电阻值不同（见下图）。三是结合现场实际分析，轨端绝缘破损或者是塞钉接触不良不仅影响轨道电路的正常工作，而且会直接造成两根钢轨的牵引电流不平衡，产生严重干扰。综上所述，由于牵引回流产生的所谓横向和纵向不对称，使牵引回流沿两条钢轨线路的分布不对称，从而在钢轨之间，扼流变压器一次线圈上出现干扰电压，造成在轨道电路的器件上呈现直流成分或交流成分的影响，通常含有大量的50H2基波和奇次谐波，仅有少量偶次谐波。第三节轨道电路不平衡牵引回流的主要来源第四章电气化牵引干扰来源及案例第三节轨道电路不平衡牵引回流的主要来源第四章电气化牵引干扰来源及案例为了定量衡量不平衡牵引电流，引入不平衡系数概念，两根轨条中的电力牵引电流如图所示：IA为A轨中流过的电力牵引电流，IB为B轨中流过的电力牵引电流。不平衡电流系数的计算公式如下：不平衡电流系数＝（IA—IB）/（IA+IB）×%例如：97型25周相敏轨道电路采用了不平衡电流系数小于0.5%的扼流变压器，ZPW—2000A无绝缘轨道电路，在电力牵引电流1000A，不平衡电流最大可达100A，不平衡电流系数值为10％等。第三节轨道电路不平衡牵引回流的主要来源第四章电气化牵引干扰来源及案例不平衡电流对信号设备及轨道电路的干扰危害，可分为稳定干扰与冲击干扰危害两种状况。①稳定干扰危害•在双轨条轨道电路中，任何一种干扰电流，对轨道电路接收器的影响，都是由沿钢轨线路和扼流变压器半个线圈的干扰电流分布不对称所决定的，并且这种分布不对称是随机的。•电气化区段对地下信号电缆会产生的影响：电气化区段内埋没着各种用途的众多的接地极。当大电流通过这些接地极入地时，所引起的地电位升高会对地下信号电缆的绝缘层造成威胁。第四节不平衡电流对信号设备的干扰危害第四章电气化牵引干扰来源及案例第四节不平衡电流对信号设备的干扰危害②冲击干扰危害•