磁屏蔽對(duì)機(jī)車信號(hào)環(huán)線測(cè)試的影響及改進(jìn)方案

王明強(qiáng) 薛世潤(rùn) 王耀杰 佟元江

王明強(qiáng):烏魯木齊鐵路局哈密電務(wù)段 高級(jí)工程師 839001新疆哈密

薛世潤(rùn):西安工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 碩士研究生 710048西安

王耀杰:西安鐵路局電務(wù)處 教授級(jí)高工 710048 西安

佟元江:陜西眾信鐵路設(shè)備有限公司 工程師 710043 西安

目前檢查機(jī)車信號(hào)設(shè)備運(yùn)用狀態(tài)是否正常的方法，必須依靠機(jī)車入庫(kù)后在機(jī)車信號(hào)測(cè)試環(huán)線上進(jìn)行試驗(yàn)。庫(kù)內(nèi)機(jī)車信號(hào)檢測(cè)是通過(guò)循環(huán)發(fā)碼，將模擬信號(hào)電流送到測(cè)試環(huán)線，由機(jī)車感應(yīng)器感應(yīng)該電流，完成機(jī)車信號(hào)環(huán)線測(cè)試。

1 存在的問(wèn)題

1．鋼軌和地溝內(nèi)置的鋼筋以及防滑鋼板會(huì)對(duì)機(jī)車感應(yīng)器構(gòu)成磁屏蔽環(huán)境。設(shè)置在鋼軌內(nèi)側(cè)軌腰的測(cè)試環(huán)線產(chǎn)生的磁力線，在機(jī)車感應(yīng)器周邊被鋼軌、機(jī)車排障器、機(jī)車連接鉤和地溝內(nèi)置的鋼筋，以及地溝內(nèi)敷設(shè)的防滑鋼板(以下統(tǒng)稱“地溝旁鐵磁物質(zhì)”)屏蔽，嚴(yán)重影響機(jī)車信號(hào)正常測(cè)試。隨著UM71和ZPW-2000制式的大量推廣使用，傳統(tǒng)安裝方式難以滿足信號(hào)頻率從25～905 Hz提高到1700～2600 Hz的要求，軌腰部固定的測(cè)試環(huán)線運(yùn)用在1700～2600 Hz頻率下，磁屏蔽的問(wèn)題就尤為突出，現(xiàn)有的技術(shù)方案不能可靠地進(jìn)行機(jī)車信號(hào)庫(kù)內(nèi)測(cè)試。

2．敷設(shè)機(jī)車信號(hào)測(cè)試環(huán)線采用“8字”交叉，目的是為了解決雙機(jī)連掛時(shí)無(wú)法進(jìn)行機(jī)車信號(hào)環(huán)線測(cè)試的問(wèn)題。不但敷設(shè)施工非常困難，而且還構(gòu)成了難于查找的隱性故障點(diǎn)。實(shí)際上機(jī)務(wù)段多數(shù)機(jī)車是隨機(jī)停放的，如果機(jī)車感應(yīng)器恰好處于8字交叉點(diǎn)上方，將肯定無(wú)法進(jìn)行環(huán)線測(cè)試。地溝旁鐵磁物質(zhì)構(gòu)成的磁屏蔽環(huán)境，也使得現(xiàn)有的技術(shù)方案僅僅可以在部分測(cè)試環(huán)境下，解決雙機(jī)連掛機(jī)車信號(hào)庫(kù)內(nèi)測(cè)試的問(wèn)題。

3．動(dòng)車運(yùn)用所內(nèi)的機(jī)車信號(hào)環(huán)線測(cè)試受到磁屏蔽的影響更為明顯。動(dòng)車運(yùn)用所內(nèi)的鋼軌均安裝在間隔1.8 m的方形鋼柱上。測(cè)試環(huán)線安裝在鋼軌內(nèi)側(cè)軌腰，機(jī)車感應(yīng)器如果處于2個(gè)鋼柱之間，就可以正常測(cè)試;但如果處于鋼柱上方，受磁屏蔽環(huán)境影響，機(jī)車感應(yīng)器接收到的磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)下降300%～600%，無(wú)法可靠地進(jìn)行測(cè)試。

4．現(xiàn)有的技術(shù)方案完成機(jī)車信號(hào)庫(kù)內(nèi)測(cè)試需要設(shè)置發(fā)碼室、數(shù)字電纜、配線箱、分線盒、防雷單元和環(huán)線地線等。每隔1 m要在鋼軌軌腰打孔用于固定瓷瓶，整體安裝成本高、施工困難，不方便維護(hù)。

2 改進(jìn)方案

采用塑料或膠木等高磁阻材質(zhì)制造測(cè)試環(huán)線支架，將其設(shè)在鋼軌軌腰遠(yuǎn)端，遠(yuǎn)離了機(jī)車輪沿和鋼軌等鐵磁材料，而且安裝時(shí)可以提升其高度，甚至可以將環(huán)線抬高至與鋼軌踏面齊平的位置。該技術(shù)方案大大減小了環(huán)線與機(jī)車感應(yīng)器的距離，提高了相同發(fā)送功率下機(jī)車感應(yīng)器的磁感應(yīng)強(qiáng)度。具體的安裝方式有以下2種。

1．如圖1所示，先將尼龍支架通過(guò)本身的尼龍扣件固定在鋼軌底部，再通過(guò)線卡將測(cè)試線固定在鋼軌外側(cè)的軌頭踏面下沿處。該方法適用于懸空支撐鋼軌布線，軌底勾固支架體使用直徑8 mm的圓鋼軌底勾，將注塑件制成的支架卡固在鋼軌底部。

圖1 軌底勾支架體

2．如圖2所示，適用于鋼軌已經(jīng)固定在混凝土地面上，軌底和地面沒(méi)有空間或者股道2根鋼軌的外側(cè)已經(jīng)被防護(hù)板密封到和鋼軌踏面齊平的情況下。在地面上使用射釘槍將螺紋射釘固定于地面，連接支架，采用螺栓、螺母和線卡固定測(cè)試環(huán)線，將機(jī)車信號(hào)環(huán)線固定安裝在鋼軌下沿處。

圖2 固定于地面支架體

機(jī)車信號(hào)測(cè)試環(huán)線依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體環(huán)境，既可以安裝在股道2根鋼軌的內(nèi)側(cè)，也可以安裝在股道兩根鋼軌的外側(cè)，如圖3所示。

圖3 單地溝環(huán)線股道兩根鋼軌的內(nèi)側(cè)或者股道兩根鋼軌的外側(cè)安裝示意圖

3 測(cè)試環(huán)線磁屏蔽的分析和驗(yàn)證

借助于MATLAB軟件仿真功能，繪制出分別安裝在鋼軌內(nèi)側(cè)腰部和鋼軌外沿處的載流導(dǎo)線構(gòu)成的磁場(chǎng)磁感線分布圖，如圖4、圖5所示。其中二維磁場(chǎng)的磁感線分布為磁矢勢(shì)的等值線，圖線按照矢勢(shì)值等間隔繪制，其疏密程度反映出磁感應(yīng)的強(qiáng)弱，密集處磁感應(yīng)強(qiáng)度大，稀疏處磁感應(yīng)強(qiáng)度弱。

由圖4、圖5可以看出，環(huán)線電流所形成的磁場(chǎng)在整個(gè)機(jī)車檢測(cè)庫(kù)內(nèi)鐵磁物質(zhì)所構(gòu)成的環(huán)境下，使原來(lái)繞著載流導(dǎo)線呈現(xiàn)一系列同心圓狀的磁感線發(fā)生畸變，呈現(xiàn)程度不同的脫離同心圓族形狀的磁感線分布。由MATLAB軟件仿真的磁場(chǎng)磁感線疏密程度，可以很清楚地看出:通過(guò)大小相同的電流，環(huán)線越遠(yuǎn)離地溝旁鐵磁物質(zhì)，機(jī)車感應(yīng)器接收的磁感應(yīng)強(qiáng)度越強(qiáng)。

圖4 載流導(dǎo)線位于鋼軌內(nèi)側(cè)腰部

圖5 載流導(dǎo)線位于鋼軌踏面齊平的位置

為了驗(yàn)證分析結(jié)果的正確性以及改進(jìn)方案的實(shí)用性，在測(cè)試環(huán)線上通以大小相同的機(jī)車信號(hào)測(cè)試電流，將高斯計(jì)置于機(jī)車感應(yīng)器頂端，分別對(duì)3種不同的安裝方式進(jìn)行磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

4 改進(jìn)方案的工作原理

《鐵路信號(hào)維護(hù)規(guī)則》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)10.4.1 b)規(guī)定“測(cè)試環(huán)線股道內(nèi)及兩旁，不應(yīng)有大型金屬板或多處構(gòu)成閉合環(huán)線的金屬網(wǎng)線”。但實(shí)際上，機(jī)車信號(hào)測(cè)試環(huán)線都配套敷設(shè)在機(jī)務(wù)段機(jī)車檢修地溝處。為了承受機(jī)車重量和保證地溝防滑、美觀，地溝內(nèi)置了大量鋼筋并包以10～12 mm防滑鋼板，如有金屬擦車臺(tái)，磁屏蔽影響機(jī)車信號(hào)庫(kù)內(nèi)測(cè)試情況會(huì)更加嚴(yán)重。由于地溝旁鐵磁物質(zhì)根本無(wú)法消除，所以采用改變環(huán)線和周邊鐵磁物質(zhì)的相對(duì)位置，是實(shí)現(xiàn)機(jī)車信號(hào)庫(kù)內(nèi)可靠測(cè)試的較佳技術(shù)方案。通過(guò)3處有著相同磁屏蔽環(huán)境的試驗(yàn)，也驗(yàn)證了改進(jìn)后的技術(shù)方案解決磁屏蔽影響的有效率是100%。

改進(jìn)方案是將發(fā)碼箱置于XB-2箱內(nèi)，由地溝附近交流電源就近引入供電。當(dāng)交流電源難于解決時(shí)，可以直接采用太陽(yáng)能電源供電。在電氣化區(qū)段敷設(shè)機(jī)車信號(hào)環(huán)線，環(huán)線引入點(diǎn)應(yīng)該在環(huán)線中部二分之一處接入XB-2箱內(nèi)(見(jiàn)圖3)。這樣的環(huán)線接入方式和“8字”交叉敷設(shè)環(huán)線方式都有著相同的防止電涌沖擊作用。改進(jìn)后的環(huán)線接入方式可以使環(huán)線和接觸網(wǎng)長(zhǎng)距離并行所產(chǎn)生的電涌沖擊自行抵消，有效地防止了電涌損毀發(fā)碼箱。改進(jìn)方案設(shè)備簡(jiǎn)圖可參考本期彩色插頁(yè)。

5 應(yīng)用效果

通過(guò)在西安鐵路局北動(dòng)車運(yùn)用所、西安機(jī)務(wù)段、哈密南整備場(chǎng)和彬縣整備場(chǎng)安裝使用，改進(jìn)后的測(cè)試環(huán)線與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在:

1．在相同的地溝旁鐵磁物質(zhì)產(chǎn)生的磁屏蔽環(huán)境下，機(jī)車感應(yīng)器的感應(yīng)電壓提高了300%～600%，可以在有環(huán)線區(qū)段內(nèi)，包括在機(jī)車連掛的情況下進(jìn)行機(jī)車信號(hào)環(huán)線測(cè)試。

2．不需要機(jī)車信號(hào)發(fā)碼室、數(shù)字電纜、配線箱、分線盒、防雷單元和環(huán)形地線等。鋼軌不用打孔安裝測(cè)試環(huán)線。安裝成本降低，易于施工，方便維護(hù)。

3．通過(guò)分析和實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)在1700～2600 Hz高頻情況下，鐵磁物質(zhì)屏蔽問(wèn)題尤為突出。建議取消《鐵路信號(hào)維護(hù)規(guī)則》 “環(huán)線電纜鋪設(shè)在股道2根鋼軌的內(nèi)側(cè)”的要求。

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