中国铁路广州局集团有限公司广州电务段 广州 051000
摘要:根据现场实际发生的案例,分析电气化铁路站内无码区段与区间ZPW-2000A轨道电路并行时,收到邻线移频信号干扰的现象及危害。通过对干扰源区段、干扰路径和被干扰区段之间信号的传导和耦合机理,找出产生邻线干扰的主要原因,并提出解决邻线干扰的方案及防范措施。
关键词:ZPW-2000A轨道电路;邻线干扰;耦合
ZPW-2000系列移频轨道电路是目前铁路最常见的轨道电路制式,高频信号作为载体携带有效低频信息的模式可靠稳定。但随着电气化铁路高速发展,复杂多变的站场结构和电磁场环境逐渐变成影响有效行车信息传输的不稳定因素。多线并行区间、高普混用车站越来越多,导致移频信号之间产生相互干扰的情况屡见不鲜。
1.案例介绍
某站为四线并行、高普混用车站,为满足跨线动车组开行条件,于2014年增设L1、L2道岔及相关轨道区段,导致既有二线、三线进站信号机外移,造成新增L2DG与四线区间SS1LQG并行的站场结构。开行跨线动车组以来,发生多起因动车组在L2DG接到地面干扰信号造成的ATP输出紧急制动故障。根据车载监控数据分析,输出制动均因在无码区段接收到地面2000Hz移频信号并解出L码信息,该信息被车载设备逻辑处理后,ATP双系报安全计算机故障,从而输出紧急制动造成停车(见 图1)。
图1 动车组DMS监控数据图
L2DG长度641米,为25Hz预叠加ZPW-2000电码化(正方向1700Hz载频,反方向无码)制式,设有80µF补偿电容7个。SS1LQG长度663米,载频1998.7Hz。L2DG与SS1LQG并行长度561米,全程有碴道床,现场无其它可疑干扰媒介(见图2)。
2.测试情况
图2 跨线动车组运行径路图
使用移频表在L2DG轨面测得载频1998.7Hz,低频11.4Hz信号(此频率与SS1LQG调整状态完全一致)。通过对两区段信号电缆排查,分段甩线测试排除信号电缆及室内软线串频干扰的可能性。关闭SS1LQG主备发送设备测试,室外轨面无2000Hz干扰信号,确认干扰源为SS1LQG。
保持SS1LQG为调整状态,区段方向为正方向,在L2DG钢轨轨面测试SS1LQG相同载频、低频的电压幅值。同时,使用轨道分路测试仪(选取分路电阻值为0.06Ω档位)在L2DG的补偿电容位置和半步长位置处对钢轨进行分路,记录分路测试仪上显示的与SS1LQG相同载频、低频的电流值,测试数据见表1。
根据测试数据分析,干扰信号基本分布于整个区段并行部分,判断相邻线路间耦合现象可能是造成此类邻线干扰的主要原因。
3.邻线干扰原因分析
在现场实际运用中,轨道信息传输主要通过电感耦合、电容耦合及道床电阻漏泄三种途径产生邻线干扰。
(1)电感耦合:当轨道信号电流通过钢轨时,钢轨间将会产生电磁感应现象,电流变化的同时会在相邻钢轨产生感应电压,等同于在被干扰区段串入一个电压源。根据电磁感应原理,钢轨间互感电压与线间距及电流变化情况有关。
(2)电容耦合:由于并行线路均可视为带电导体,相邻钢轨之间等同于平行电容器,在电气化站场环境作用下,两相邻线路间形成互容,将本区段电压感应至邻线区段。
(3)道床电阻漏泄:铁路既有线路主要已有砟道床为主,道砟电阻易受环境影响而发生变化,尤其在潮湿多雨环境中逐步下降,形成电流漏泄通道。由于相邻线路间存在一定电位差,电势较高的线路通过道砟漏泄对电势较低线路形成干扰。
综上所述,邻线干扰现象在铁路领域是普遍存在且较难彻底克服的。根据相关数据统计,当区间同方向两条线路并行超过500m,且线路间距小于20m时,都有可能产生邻线干扰。本文案例在不同站场环境下均可测到一定幅度的干扰信号,存在多种干扰方式并存的可能性。由于无码区段本身没有移频信息传输,因此更容易受邻线移频信号干扰影响。特别是邻线为ZPW-2000制式轨道电路的情况下,常态稳定输出移频信号,将会对无码区段持续造成影响,存在极大的安全风险。
表1 轨面干扰数据测试
4.防范措施
根据邻线干扰形成的原理,通过技术手段降低干扰幅值,减少干扰对本线行车影响应是研究制定防范措施的主要方向。ZPW-2000系列轨道电路经过多年的发展优化,从设计层面已针对邻线干扰问题做出了很多防范措施。例如,相同载频不能并行;同方向载频调谐区错位安装等规定已在铁路建设中实施。在此基础上,结合现场维护条件,提出以下几点建议:
(1)提高传输通道感抗:由于文中区段为反向不发码,正向发码时通过80µF补偿电容减少衰耗。考虑将既有80µF电容更换25μF,提高传输通道感抗,在保证正方向入口电流的前提下,降低邻线感应电流幅度。根据试验数据,每个测试点邻线干扰电流降低约50%,在一定程度上达到了降低邻线干扰的目的。
(2)缩短线路并行长度:相邻线路并行长度过长是造成线路间电感耦合的一个重要因素。考虑将既有轨道区段分割为多个300米以下短区段,取消既有补偿电容设置。在破坏既有电感耦合结构的同时,提高钢轨线路阻抗,可大幅降低邻线干扰强度。
(3)提升道床道砟质量:定期对道砟进行清筛更换,保证道床电阻稳定。严格执行道砟面低于钢轨底20~30mm的标准,防止道砟直接与钢轨接触,最大限度减少电流通过道砟漏泄。
(4)增加补码电路:在反向无码区段增加27.9Hz检测码,通过增加有效移频信息,覆盖邻线干扰信号,降低动车组收到异常干扰信号输出制动的可能性。
5.结束语
本文主要针对以上具体案列,结合现场测试试验数据得出相关结论。邻线干扰问题形式复杂多样,且数据采集难度大,需针对现场实际,具体问题具体分析,通过收集大量数据充分论证,反复实验才能得出最有效的解决方案。