“ZPW2000A轨道电路工作频率干扰”的技术分析及对策

“ZPW2000A轨道电路工作频率干扰”的技术分析及对策北京全路通信信号研究设计院研发中心2008年11月铁道部电务技术交流材料轨道电路工作频率干扰一、邻线干扰二、邻段干扰三、电缆串音干扰四、不正常干扰的故障现象、原因分析及处理方法五、故障处理举例•六次大提速动车组开行后，铁道部综合检测车在六大干线区间、站内大面积的测试中，都发现了大量有规律和无规律的工作频率干扰信号。据此，在铁道部和各路局的努力下，检查出设计、施工、维修等多方面问题，消除了安全隐患，效果显著。•运输局基础部异常重视。责成我院与有关单位，及早查清正常与非正常干扰的原因、干扰量值、干扰的危险性，做出理论分析，提出干扰量值标准和解决办法，总结出相关案例，配合全路维修工作。概述主串线路被串线路主串区段被串区段邻线干扰邻段干扰相邻线路间同线路相邻区段间调谐区邻线干扰:相邻线路间，通过电感耦合、电容耦合及道碴电阻漏泄传导形成的干扰；邻段干扰:同线路两相邻区段间，信号越过电气绝缘节后形成的干扰。线路干扰分为两大类：概述一、邻线干扰1、邻线干扰形成原因通过（1）相邻线路回路间的电感耦合（2）轨条间的电容耦合（3）轨条间道碴电阻形成的电流传导其中，以电感耦合为主。1、邻线干扰形成原因(1)电感耦合由钢轨线路回路间的电磁互感耦合导致，分析中等效为被扰线路串联接入的电压源。原理如下图所示：M为钢轨间的互感系数，I1、I2为主串线路电流，U1、U2为被串线路的感应电压。M11M12M21M22I1I2U1=I1*M11+I2*M21U2=I1*M12+I2*M22主串线路被串线路电感耦合等效串联在钢轨上的电压源U1=I1*M11+I2*M21U2=I1*M12+I2*M221、邻线干扰形成原因(2)电容耦合及道碴电阻传导由两线钢轨电容构成的耦合及道碴电阻漏泄构成的传导电流，分析中等效为并联在被扰线路上的电压源。原理如图所示：主串线路被串线路C11C12C21C22主串线路被串线路Rd11大地U3U4U4C11C21R内R内R负R负Rd12Rd21Rd22Rd11Rd21Rd12Rd21C12Rd11Rd22C22Rd12Rd22U3漏泄电阻传导电容耦合C12Rd11Rd22C22Rd12Rd22C11Rd11Rd21C21Rd12Rd21R内R负U4等效在钢轨之间的电压源C为轨条间的电容，R为道床漏泄电阻。U3为主串线路钢轨间电压，U4为被串线路的干扰电压。1、邻线干扰形成原因钢轨等效电路在原简单L型节电路基础上加入了通过电感耦合引入的串入钢轨的感应电压U1+U2，在线路上并联接入电压U4，等效电路详见下图：LRGCLRU1+U2平衡无干扰钢轨等效电路带有干扰信号的钢轨等效电路C12Rd11Rd22C22Rd12Rd22C11Rd11Rd21C21Rd12Rd21R内R负U42、邻线干扰分类及现状（1）复线区间邻线干扰上下行之间长距离平行传输，干扰电压长距离累积，在列车压入后，形成短路干扰电流信号。通过列车走行及计算确认，干扰信号断续超过机车信号动作门限值（最大值约400mA）。鉴于自动闭塞安全设计中，将上下行载频分开设置，机车接收靠上下行载频开关锁定，不产生故障升级，允许正常范围内的干扰量，不存在安全问题。2、邻线干扰分类及现状（2）区间三、四线邻线干扰下图1、2（或3、4）线间的相互耦合为同方向载频，须通过控制区段长度或衰减干扰信号量值的方法进行防护，目前国内四线尚少，但在广深等线已经设计并运用，已有相应的技术方案进行解决。1线3线2线4线1700Hz(2300Hz)2000Hz(2600Hz)2300Hz(1700Hz)2600Hz(2000Hz)区间四线2、邻线干扰分类及现状（3）车站股道邻线干扰与区间邻线干扰类同，通过列车走行、人工试验及计算，干扰信号断续超过门限值（最大值大于500mA），在没有频率锁定功能的车站，对于邻线同频信号没有防护能力，一旦本区段发送通道故障或其他原因导致本区段无码，很容易出现险情。既有线路曾发生过司机根据邻线干扰信号，错误开行列车至区间的事件。2、邻线干扰分类及现状•80年代中期，在站内发送加装故障检测报警前提下，采取信号以强压弱的侧线电码化原则，起到了实用经济的效果。今天看来，安全性差，应视条件，尽早进行解决。技术上未解决前，必须加强日常维护，增强责任感。3、解决方向及效果解决邻线同频干扰可选取的技术方案（１）长轨道电路分割为短段（２）满足最低道碴电阻入口电流条件下控制电码化电流（３）机车信号目标频率锁定（４）逐段短路消除3、解决方向及效果车站区间2600Hz/2300Hz2000Hz/1700Hz2600Hz/2300Hz2000Hz/1700Hz1700Hz2300Hz2000Hz2600Hz2300Hz/2600Hz1700Hz/2000Hz股道股道下行方向1700Hz/2000Hz股道2300Hz/2600Hz1700Hz/2000Hz股道股道上行方向1700Hz/2000Hz股道车站内频率1700Hz与2000Hz为一组，2300Hz与2600Hz为一组，如下图所示：在地面采用干扰抑制补偿器，用调谐短路法，将邻线两种干扰信号量抑制在动作门限以下。防止干扰信号的积累，对本区段的两种载频信号仍呈现规定的电容特性。3、解决方向及效果3、解决方向及实施效果3、解决方向及实施效果3、解决方向及实施效果2007年7月25日，在北京局西枣林车站3G、5G进行了邻线干扰量的现状和改善效果的测试（3G为主串线路，5G为被串线路），测试数据如下图所示：5G1700/20001050m33μF*103G2300/26001050m33μF*10IG1700IIG20004G2300/26005.0m站台主串区段被串区段3、解决方向及效果测试数据分析5G实测数据结果00.020.040.060.080.10.120.1401234567891011无FLX不短无FLX短1无FLX短2无FLX短3有FLX不短有FLX短1有FLX短2有FLX短3既有方案改善方案距送端位置（C）电压(V)机车信号动作门限主串轨道电路出口电流为2.68A时被串干扰信号解决前后对比示意图超过动作门限改善效果3、解决方向及效果测试数据分析根据电码化既有标准，出口电流为6A时，5G邻线干扰量折算结果00.050.10.150.20.250.301234567891011无FLX不短无FLX短1无FLX短2无FLX短3有FLX不短有FLX短1有FLX短2有FLX短3改善方案距送端位置（C）主串轨道电路出口电流为6A时被串干扰信号解决前后对比示意图既有方案机车信号动作门限电压(V)[注：主串线路电流增大时会导致干扰信号等比增大，上图为基于本次测试结果折算在出口电流为6A条件下的干扰信号量]超过动作门限改善效果3、解决方向及效果根据测试数据得到如下结论：•在电码化既有标准下，站内邻线干扰存在是不可回避的事实。干扰时可造成机车信号动作，影响行车安全。•在补偿电容并置“干扰信号抑制补偿器”后，邻线干扰降低到原来的1/5左右，不会造成机车信号误动。……当前,该“逐段短路法”解决邻线干扰的方案正在进一步完善中。二、邻段干扰1、邻段干扰性质区间相邻区段采用电气绝缘，利用调谐单元零阻抗进行电气隔离。零阻抗可视为一个内阻低的低压恒压源。见下图：串音电流2600Hz被串钢轨回路2000Hz主串钢轨回路2600Hz2600Hz接收2000Hz接收2600Hz发送2000Hz发送BA2600BA2600SVABA2000BA2000运行方向1、邻段干扰性质•根据列车接近，钢轨电感、补偿电容及短路轮对诸参数，必然构成有规律的、每隔3～5个电容出现一次的、逐次减弱的邻段干扰峰值信号。经计算，在道碴电阻1000Ω•km条件下，该峰值信号最大值可达到240～480mA左右，已超过了机车信号的工作门限（200～300mA）。1、邻段干扰性质•由于我国自动闭塞是按闭塞分区间隔数量运行，本区段故障，信号丧失，机车接收前方邻段干扰信号为降级信号，无安全问题。•在一般线路上，目前尚无设置线路第二道“零阻抗”门槛的考虑。在客运专线上，我院完成了该“门槛”的设计及现场试验，从节省总投资上考虑，工程未使用。2、邻段干扰的计算与分析00.050.10.150.20.250.30.35012345678910111213141516171819202000-10002000-302000-102000-1（1）邻段干扰机车信号短路电流变化规律及量值列车接近发送端，前端的纵向干扰短路电流距送端以每3-5个电容为一个波峰形式出现，波峰范围约30m。其中，距发送端第一个波峰最高，二、三、四等波峰依次减弱。见下图最大峰值短路电流出现在距发送端约4.1个电容处。该处在1000Ω•km道碴电阻条件下，为360mA；在1Ω•km道碴电阻条件下，为70mA。00.050.10.150.20.250.30.35012345678910111213141516171819202000-10002000-302000-102000-12、邻段干扰的计算与分析小结：该最大短路电流的计算值，各载频均240mA，最大在480mA左右，均可构成机车信号的动作。00.050.10.150.20.250.30.35012345678910111213141516171819202000-10002000-302000-102000-12、邻段干扰的计算与分析2、邻段干扰的计算与分析（2）零阻抗按规定变化，对机车信号短路邻段干扰电流最大值的影响根据计算，外串最大短路电流1700Hz升高10mA，2000Hz升高20mA，2300Hz、2600Hz均下降40mA，见下图：00.050.10.150.20.250.30.3501234567891011121314151617181700-10001700-301700-101700-1000-max1700-30-max1700-10-max小结：零阻抗在指标范围内的增加，对邻段干扰的量值的影响不大。2、邻段干扰的计算与分析（3）不同长度轨道电路的邻段干扰值通过对两相邻区段各种不同长度轨道电路干扰值的计算，结果如下：①主串区段1350m,被串区段1350m，在调整表规定条件下，1700Hz外串最大电流，道碴电阻在1000Ω•km时可达480mA。见下图：00.10.20.30.40.501234567891011121314151617181700-10001700-301700-101700-12、邻段干扰的计算与分析②主串区段缩短，发送电平级降低，外串电流按电平比例下降。③主串区段350m,被串区段1350m。外串峰值点仍为原范围。00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.50.000.501.001.502.002.503.003.504.001700-10001700-301700-101700-12、邻段干扰的计算与分析④主串区段350m,被串区段750m。00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.500.511.522.533.544.555.566.577.581700-10001700-301700-101700-1由③④可见，被串区段缩短，被串区段电流变化不大。2、邻段干扰的计算与分析（4）道碴电阻下降时。机车信号短路邻段干扰电流随之大幅下降，道碴电阻在1Ω•km条件下，最高峰值电流从480mA下降至175mA左右（下降了305mA）。如下图：00.10.20.30.40.501234567891011121314151617181700-10001700-301700-101700-12、邻段干扰的计算与分析（5）相邻两区段无车，被串区段串音电压、电流较低。见下图:00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.10.110.120123456789101112131415161718I_trackV_