扼流適配器抗軌道電路電氣化干擾淺析

張毅

摘要： 隨著近年來(lái)鐵路的高速、重載發(fā)展，電氣化鐵路已經(jīng)占據(jù)了大部分份額，由于參與列車(chē)信號(hào)控制的軌道電路設(shè)備、帶動(dòng)列車(chē)運(yùn)行的動(dòng)力設(shè)備均需要通過(guò)鋼軌傳導(dǎo)電流，所以電氣化鐵道干擾對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的影響是不能完全避免的。目前，扼流變壓器增設(shè)適配器的方式對(duì)電氣化的干擾還是有比較顯著的效果，本文主要結(jié)合工作原理對(duì)扼流適配器如何抗軌道電路電氣化干擾進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

Abstract： In recent years， with the development of high-speed and heavy-haul railway， the electrified railway has occupied most of the share. Since the track circuit equipment that is involved in the control of train signals and the power equipment that drives the train operation need to conduct current through the rail， the impact of electrified railway interference on the signaling system can not be completely avoided. At present， the method of adding an adapter to the choke transformer still has a significant effect on the electrification interference. In this paper， how the choke adapter against track circuit electrification interference is briefly analyzed according to the working principle.

關(guān)鍵詞： 扼流適配器；軌道電路；電氣化干擾

Key words： choke adapter；track circuit；electrification interference

中圖分類(lèi)號(hào)：U284.93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）10-0223-02

1 電氣化區(qū)段接觸網(wǎng)供電設(shè)備對(duì)信號(hào)設(shè)備的干擾分析

電氣化區(qū)段接觸網(wǎng)供電設(shè)備屬?gòu)?qiáng)電系統(tǒng)，萬(wàn)伏級(jí)電壓、百安培級(jí)牽引電流。但信號(hào)設(shè)備均是小電流、低電壓，若想在同一通道上傳輸不同電流、電壓，其勢(shì)必會(huì)對(duì)信號(hào)設(shè)備造成極大的干擾，一般來(lái)說(shuō)干擾源主要包括以下幾類(lèi)：①受鋼軌中不平衡牽引電流回流影響，軌道電路和機(jī)車(chē)信號(hào)受到傳導(dǎo)性干擾；②受牽引網(wǎng)系統(tǒng)的感性、容性耦合影響，干擾信息傳輸電纜；③運(yùn)動(dòng)中的電力機(jī)車(chē)上的電動(dòng)力系統(tǒng)，會(huì)對(duì)其下面的軌道電路的感性干擾；④受電力牽引系統(tǒng)的放射、耦合、回流地電位升等的影響，沿線(xiàn)及站場(chǎng)的固定電力電子設(shè)備會(huì)出現(xiàn)異常；⑤受電力機(jī)車(chē)的電、磁、電磁放射源的影響，機(jī)車(chē)上機(jī)車(chē)信號(hào)、自動(dòng)停車(chē)及相應(yīng)的傳輸線(xiàn)等會(huì)表現(xiàn)出異常。上述五類(lèi)干擾源都屬于電磁兼容學(xué)科范疇，從影響程度角度分析，最應(yīng)該對(duì)第一類(lèi)軌道電路和機(jī)車(chē)信號(hào)受不平衡牽引電流的影響加強(qiáng)重視。

2 軌道電路產(chǎn)生不平衡電流的原因

產(chǎn)生不平衡電流的原因多種多樣，然而其產(chǎn)生渠道相對(duì)一致，幾乎都是來(lái)自供電設(shè)備和軌道電路設(shè)備，包括放電設(shè)備、接地、回流等。

2.1 若不平衡電流產(chǎn)生的原因來(lái)自軌道電路設(shè)備，其原因可能為：

①軌道電路絕緣破損，或者扼流變壓器線(xiàn)圈阻抗差異較大等；

②由于連接設(shè)備原因?qū)е碌慕佑|電阻不同，比如兩側(cè)連接方式不同、鋼絲繩引接線(xiàn)長(zhǎng)短不同等；

③由于兩鋼軌線(xiàn)路狀態(tài)不同，導(dǎo)致兩軌條流過(guò)的電流差距較大；

④軌道電路鋼絲繩引接線(xiàn)未嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，導(dǎo)致其功能降低或失效。

2.2 若不平衡電流產(chǎn)生的原因來(lái)自供電設(shè)備，其原因可能為：①回流線(xiàn)防護(hù)不當(dāng)，封連單根軌條；②由于放電設(shè)備不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致出現(xiàn)漏電問(wèn)題；③僅在一根軌條上連接桿塔接地線(xiàn)。上述都是導(dǎo)致不平衡電流過(guò)高的原因，基于此，應(yīng)針對(duì)上述原因，有的放矢地找到應(yīng)對(duì)措施，減小不平衡電流，盡量降低其對(duì)信號(hào)設(shè)備的干擾，保證信號(hào)質(zhì)量。

3 常見(jiàn)的軌道電路不平衡電流的幾種現(xiàn)象

受不平衡電流侵?jǐn)_導(dǎo)致的軌道電路故障，依照現(xiàn)象和程度的不同可將其分為兩類(lèi)：①?gòu)?qiáng)電流侵入燒毀設(shè)備；②軌道電路閃紅光帶。

第一種情況出現(xiàn)的概率較低，但其影響面廣，且一旦發(fā)生極難恢復(fù)，損失慘重，對(duì)運(yùn)輸業(yè)存在不利影響；第二種情況出現(xiàn)的概率較高，屬于常見(jiàn)故障，盡管發(fā)生時(shí)間極短，但對(duì)運(yùn)輸存在較大影響。

4 常見(jiàn)的軌道電路閃紅光帶故障的原因及防護(hù)措施

以25Hz相敏軌道電路為例，軌道電路的正常工作是靠送電端供出軌道電源經(jīng)有關(guān)設(shè)備和軌道傳送到受電端，再由受電端有關(guān)設(shè)備接收并進(jìn)行相位鑒別使軌道繼電器可靠吸起。

一旦送、受電端有關(guān)設(shè)備故障或軌道電路有車(chē)占用，軌道電路也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，由調(diào)整狀態(tài)變成分路狀態(tài)。若故障是在瞬間發(fā)生又立即恢復(fù)了，其屬于閃紅光帶故障。電氣化區(qū)段不平衡電流侵?jǐn)_所造成的故障符合這個(gè)特征，由此判斷其故障屬于軌道電路閃紅光帶故障。此類(lèi)故障的出現(xiàn)有時(shí)是有規(guī)律的，但有時(shí)也沒(méi)有規(guī)律性可言。不平衡電流侵?jǐn)_是導(dǎo)致軌道電路閃紅光帶故障的主要原因，雖然為保證軌道電路的正常工作，提前對(duì)軌道電路做了嚴(yán)密的防護(hù)工作，但由于不平衡電流侵?jǐn)_強(qiáng)度大小不一，很難完全將所有干擾都防護(hù)住。經(jīng)反復(fù)測(cè)試分析，基頻的奇次諧波分量較高，隨諧波次數(shù)增高而逐漸減小。這意味著電氣化牽引不平衡電流對(duì)軌道電路的影響是多向的，既可能是諧波分量，也可能是基波分量，或者是兩者共同作用造成的，可以說(shuō)其侵?jǐn)_是比較復(fù)雜的。也就是說(shuō)造成故障的原因有可能是電流量值過(guò)大，也可能是基波或諧波分量侵?jǐn)_使信號(hào)產(chǎn)生相移，或者是兩者綜合作用造成的。事實(shí)上要想準(zhǔn)確測(cè)量量值和相對(duì)角度是相當(dāng)困難的，需先經(jīng)過(guò)縝密分析測(cè)量確定范圍，從而獲取故障準(zhǔn)確數(shù)值。

近年來(lái)，關(guān)于如何防止軌道電路閃紅光帶相關(guān)部門(mén)制定了多項(xiàng)措施，包括鉛芯保安管、防雷軌道變壓器、高容量扼流變壓器等，最近更是新研制出了性能更佳的開(kāi)氣隙的扼流變壓器、帶適配器的扼流變壓器等，均在實(shí)踐中得到了良好的應(yīng)用效果。

目前抗干擾效果比較明顯的是扼流變壓器增設(shè)適配器的方式，其電氣化脈沖電流抗干擾能力由5%提高到15～30%。

下面對(duì)扼流適配器的工作原理進(jìn)行重點(diǎn)分析。

5 扼流適配器工作原理

BES扼流適配變壓器接線(xiàn)如圖1。

扼流適配變壓器工作原理：

對(duì)扼流變壓器鐵芯加開(kāi)較大的氣隙，使其在大的電氣化脈沖電流下不會(huì)產(chǎn)生飽和；第二，在扼流變壓器的信號(hào)側(cè)并接50Hz串聯(lián)諧振電路（稱(chēng)適配器），其串聯(lián)諧振阻抗很小，反射到牽引線(xiàn)圈相當(dāng)兩鋼軌間接一根50Hz短路線(xiàn)，50Hz脈沖干擾電流很少傳到發(fā)送、接收設(shè)備中；第三，設(shè)計(jì)適配器參數(shù)與扼流變壓器及軌道電感構(gòu)成25Hz并聯(lián)諧振電路，提高25Hz傳輸阻抗，使25Hz信號(hào)傳輸處于最佳狀態(tài)（此時(shí)軌道電路接近純阻性，使接收設(shè)備中二元二位軌道繼電器電壓與局部電壓相位相差90°）；第四，在不同的電碼化區(qū)段，根據(jù)發(fā)送移頻的頻率適配器配裝相應(yīng)的電壓提升器（TSQ），保證機(jī)車(chē)信號(hào)的可靠接收。

6 扼流適配器使用方法

①扼流適配變壓器牽引圈25Hz阻抗為0.33Ω、0.22Ω。

1）0.33Ω適用于疊加移頻、18信息移頻及交流計(jì)數(shù)電碼化電路，配ESP1適配器。

2）0.22Ω適用于疊加交流計(jì)數(shù)電碼化電路，適配器選擇為：

BES1-600/25、BES2-600/25、BES1-800/25、BES2-800/25、BES1-1000/25和BES2-1000/25的適配器為ESP2；

BES2-600/25、BES2-800/25和BES2-1000/25可配ESP3或ESP4型適配器。

②在扼流變壓器信號(hào)圈加繞線(xiàn)圈并留有抽頭構(gòu)成抗干繞線(xiàn)圈，變比約為1：30（原信號(hào)圈仍為1：3）。

③在扼流變壓器抗干擾圈上并接50Hz串聯(lián)諧振電路（稱(chēng)為適配器）。

7 扼流適配器安裝及調(diào)整說(shuō)明

①適配器安裝在扼流變壓器機(jī)殼內(nèi)，其適配器與扼流變壓器接線(xiàn)如圖2：適配器的1端與扼流變壓器的信號(hào)圈4端相連固定不變，適配器的3端通過(guò)熔絲（1進(jìn)2出）與扼流變壓器信號(hào)圈的12端相連為調(diào)整端。 6與7、9與10用跳線(xiàn)連接。安裝時(shí)將牽引線(xiàn)圈與信號(hào)線(xiàn)圈按25Hz相敏軌道電路連接，完成系統(tǒng)電路的連通；

②在進(jìn)行相位調(diào)整時(shí)根據(jù)軌道電路長(zhǎng)度的不同，適配器的3端可分別與扼流變壓器信號(hào)圈的6、7、8、9、10、11、12端（通過(guò)熔絲）相連，一般原則長(zhǎng)軌道串接的匝數(shù)少，短軌道串接的匝數(shù)多；調(diào)整時(shí)可通過(guò)對(duì)信號(hào)圈進(jìn)行正接順接、正接跳接、反接跳接、以使相位角等于或接近90°角。

注意事項(xiàng)：①由于牽引電流很大，要求連接處的接觸電阻應(yīng)盡可能小，必須緊好連接螺母；扼流適配變壓器必須與適配器配合使用不得單用。②送端和受端抽頭位置應(yīng)一致或接近一致。

8 結(jié)束語(yǔ)

在交流電氣化區(qū)段，導(dǎo)致軌道電路出現(xiàn)故障的原因存在一定復(fù)雜性，信號(hào)設(shè)備屬于弱電，容易受到牽引電流的干擾，通過(guò)對(duì)牽引不平衡影響軌道電路的分析、新型器材對(duì)抗電氣化干擾的原理分析，使信號(hào)施工及維護(hù)人員對(duì)信號(hào)設(shè)備抗電氣化干擾有更清楚的認(rèn)識(shí)，在以后的實(shí)踐中，進(jìn)一步探討和研究尋求減低牽引電流照成的干擾強(qiáng)度和提高軌道電路本身抗干擾能力的更有效措施，保證信號(hào)設(shè)備穩(wěn)定、行車(chē)安全。

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