工頻諧波影響動(dòng)車組運(yùn)行問(wèn)題簡(jiǎn)析

李德迎

（中國(guó)鐵路南昌局集團(tuán)有限公司福州電務(wù)段，福州 350013）

高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)工作在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，動(dòng)車組運(yùn)行過(guò)程中常常接收到各種諧波干擾信號(hào)影響ATP正常工作發(fā)生故障。本文就如何優(yōu)化福州南動(dòng)車所的牽引回流通道設(shè)置以及對(duì)干擾源的屏蔽，最大限度降低干擾幅值來(lái)保證動(dòng)車組的正常運(yùn)行進(jìn)行分析和探討。

1 問(wèn)題描述

因新建福平鐵路需要，福州南至福州南動(dòng)車所接觸網(wǎng)供電電纜由架空改為入地，入地方式采用砼電纜槽沿1-7DG區(qū)段線路平行設(shè)置，長(zhǎng)度為90 m左右，與鋼軌最近距離為2.5 m,位置略高于鋼軌面如圖1所示。

電纜入地改造施工后，每天都有1～2趟CRH-200H/CRH380-300S型入庫(kù)動(dòng)車組運(yùn)行至福州南動(dòng)車所1-7DG區(qū)段時(shí)停車。經(jīng)PC卡數(shù)據(jù)分析，STM收到地面載頻1 700 Hz無(wú)低頻的信號(hào)，ATP報(bào)STM信息不合理，VC雙系故障，觸發(fā)緊急制動(dòng)停車和ATP輸出最大常用制動(dòng)停車。

2 福州南動(dòng)車所基本概況

站場(chǎng)基本情況：福州南動(dòng)車所有28股道，全站為25 Hz相敏軌道電路，進(jìn)路不發(fā)碼。動(dòng)車所A線經(jīng) IVAG、3-5DG、3-59WG區(qū) 段 入 庫(kù)；B線 經(jīng)VAG、1-7DG、7-9WG區(qū) 段 入 庫(kù)。1-7DG區(qū) 段 長(zhǎng)度為73 m；73-2-24-3應(yīng)答器設(shè)于D5前方65 m處。動(dòng)車組B線入庫(kù)停車位置如圖2所示。

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)一周的動(dòng)車入庫(kù)進(jìn)路回放和停車時(shí)間的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，動(dòng)車組在1-7DG停車發(fā)生時(shí)間基本在00:50-01:40之間，此時(shí)動(dòng)車所的A、B線頻繁進(jìn)車。只要發(fā)生動(dòng)車組在B線的1-7DG停車，A線必定也有動(dòng)車組同時(shí)入庫(kù)。當(dāng)動(dòng)車所A、B線同時(shí)進(jìn)車時(shí)，在室內(nèi)分線盤(pán)上用ME-2000P儀表，監(jiān)測(cè)到的1-7DG干擾幅值最大（1 750 Hz頻率干擾幅值達(dá)30 V）、此時(shí)過(guò)1-7DG進(jìn)路的動(dòng)車組停車機(jī)率最大。查看福州南動(dòng)車所占用區(qū)段邏輯正常，軌道繼電器吸起、落下情況、占用順序正常，未見(jiàn)異常信息。

3.2 ATP數(shù)據(jù)分析

1）200H和300S動(dòng)車組過(guò)福州南動(dòng)車所B線，距D5前方應(yīng)答器73-2-24-3 2/2約62.3～70 m處開(kāi)始收到地面1 750 Hz頻率的干擾信息，CF卡記錄干擾信息長(zhǎng)度28 m左右，干擾幅值范圍為112～2 083 mV不等。

2）入庫(kù)四種車型中只有200H和300S型的動(dòng)車組會(huì)觸發(fā)制動(dòng)停車。經(jīng)分析與200H和300S型動(dòng)車組車載設(shè)備ATP處理邏輯有關(guān)：

a.200H型動(dòng)車組列控車載設(shè)備ATP雙系均收到無(wú)低頻的工頻諧波干擾信號(hào)，超10 s就會(huì)觸發(fā)ATP雙系報(bào)錯(cuò)搶權(quán)制動(dòng)停車；

b.300S型動(dòng)車組列控車載設(shè)備雖無(wú)幅值記錄但收到工頻諧波干擾信號(hào)，超10 s也會(huì)輸出最大常用制動(dòng)。

4 現(xiàn)場(chǎng)故障處理過(guò)程及分析

4.1 干擾源查找

1）在動(dòng)車所A、B線同時(shí)進(jìn)車時(shí)，用ME-2000P表測(cè)得1-7DG分線盤(pán)受電電纜側(cè)的1 750 Hz左右諧波干擾信號(hào)幅值20 000～30 000 mV間波動(dòng)。甩開(kāi)1-7DG分線盤(pán)送、受電端電纜，測(cè)試室內(nèi)側(cè)無(wú)干擾信號(hào)；測(cè)試電纜側(cè)有1 750 Hz左右諧波干擾信號(hào)且干擾電壓幅值達(dá)30 000 mV左右。

2）把1-7DG室外的送、受端扼流變接至鋼軌的電源線甩掉，在扼流變軌圈和信圈至室內(nèi)側(cè)測(cè)試1-7DG均無(wú)諧波干擾信號(hào)，說(shuō)明干擾源與1-7DG的送、受端設(shè)備和電纜無(wú)關(guān)，來(lái)自軌面。

3）測(cè)試1-7DG和相鄰的7-9WG軌面諧波干擾情況，7-9WG軌面上測(cè)不到干擾諧波；當(dāng)將1-7DG和相鄰的7-9WG用兩縱線將絕緣節(jié)短路，7-9WG馬上測(cè)到干擾信號(hào)，說(shuō)明干擾源來(lái)自1-7DG。

4）聯(lián)系供電段對(duì)1-7DG處落地的6根2.7 kV的電力線進(jìn)行停電后，用ME-2000P表接在1-7DG分線盤(pán)上監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，無(wú)干擾信號(hào)電壓；電力線送電后，1-7DG出現(xiàn)諧波干擾電壓幅值達(dá)20 000 mV左右，確認(rèn)1-7DG的1 750 Hz的諧波干擾信號(hào)與電力線相關(guān)。

4.2 干擾源查找分析

為進(jìn)一步確定干擾源幅值大小，采用模擬動(dòng)車組運(yùn)行的方式對(duì)1-7DG區(qū)段軌面干擾載頻信息進(jìn)行測(cè)試。

測(cè)試原理：模擬動(dòng)車組TCR天線的工作原理，采用機(jī)車信號(hào)感應(yīng)線圈制作測(cè)試小車（輪對(duì)絕緣），兩感應(yīng)線圈傳感器串聯(lián)后同時(shí)并入2 kΩ采樣電阻，使用波形記錄儀測(cè)試采樣電阻兩端電壓如圖3所示。

測(cè)試方法：測(cè)試小車由區(qū)段受電端至送電端慢速推行，在小車后方1.5 m處使用0.06 Ω標(biāo)準(zhǔn)分路線分路。

1）1-7DG區(qū)段送電端和受電端干擾載頻測(cè)試

從測(cè)試情況分析，1-7DG送電端1 700 Hz左右的諧波頻譜的幅值大于受電端。其中距離送端0～20 m范圍內(nèi)接收到干擾信號(hào)最嚴(yán)重，軌面諧波干擾信號(hào)電壓高達(dá)802 mV如圖4所示。

2）用ME-2000P軌道參數(shù)測(cè)試儀在分線盤(pán)處測(cè)試到1 700 Hz左右諧波干擾信號(hào)，電壓達(dá)30 131 mV如圖5所示。

4.3 干擾途徑的查找分析

1）福州南動(dòng)車所A、B走行線上的架空回流線為非絕緣安裝，該回流線與福州南站的架空集中地線相接，經(jīng)確認(rèn)該回流線實(shí)為架空集中地線。

2）經(jīng)與信號(hào)設(shè)計(jì)確認(rèn)，福州南動(dòng)車所貫通地線為信號(hào)專用地線，非綜合貫通地線，不能與福州南站綜合貫通地線相連，實(shí)際上該地線卻與福州南站貫通地線相連。

3）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)福州南站有動(dòng)車進(jìn)出站時(shí)，1-7DG軌面有1 750 Hz左右的諧波干擾幅值呈增大，高達(dá)178 mV，斷開(kāi)D11～D95處吸上線，干擾電壓由178 mV降至55 mV。

4）電力2.7 kV供電線落地后，80 m電纜置于平行1-7DG鋼軌外側(cè)2.5 m處的砼電纜槽中，在1-7DG送端（D5信號(hào)機(jī)處）10 m的電力電纜是采用金屬電纜槽（蓋板為鋁質(zhì)）安裝在邊坡上，與線路平行且高于鋼軌面0.7 m左右，金屬電纜槽未接地，經(jīng)進(jìn)一步查看相關(guān)資料，鋁質(zhì)蓋板未起到屏蔽作用。

5）采用ME 2000A測(cè)試儀對(duì)1-7DG鋼軌不平衡電流進(jìn)行測(cè)試記錄分析，12 h內(nèi)多達(dá)9次牽引電流不平衡系數(shù)超標(biāo)，最高達(dá)67%，標(biāo)準(zhǔn)小于5%，如圖6所示。

5 整治措施及效果

為解決福州南動(dòng)車所進(jìn)庫(kù)動(dòng)車頻繁停車問(wèn)題，建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、設(shè)備管理單位和相關(guān)部門(mén)經(jīng)過(guò)多次調(diào)查分析，共同確認(rèn)采取以下措施。

1）采用鐵皮對(duì)90 m落地供電電纜進(jìn)行U型包封并將鐵皮槽單端接地屏蔽，減少諧波耦合干擾。

2）取消接在架空集中地線上的吸上線（D1～D3、D11～ D95、D42～ D44處 ） 和 D11～ D95處的橫向聯(lián)接線，優(yōu)化牽引回流通道。

3）將福州南動(dòng)車所信號(hào)專用地線與福州南站的綜合貫通地線斷開(kāi)，減少場(chǎng)間迂回干擾。

4）對(duì)1-7DG絕緣性能不達(dá)標(biāo)的軌端絕緣進(jìn)行分解，各種道岔跳線進(jìn)行檢查緊固，確保牽引電流平衡暢通。

通過(guò)采取以上措施，福州動(dòng)車所1-7DG諧波干擾幅值明顯下降,分線盤(pán)干擾電壓幅值由30 131 mV下降到1 741 mV，軌面電壓由最高802 mV下降到41 mV。由整改前每天1～2趟停車至整改后無(wú)動(dòng)車組停車,問(wèn)題得以解決。整治前、后軌面上的諧波干擾信號(hào)頻譜變化如圖7、8所示。

6 原因分析

1）電力2.7 kV供電線落地后由于安裝位置原因，導(dǎo)致其牽引電流中諧波干擾信號(hào)通過(guò)磁場(chǎng)耦合1-7DG區(qū)段和動(dòng)車組機(jī)感繞圈，加大了干擾。

2）3處吸上線與架空集中地線錯(cuò)誤連接，牽引回流大量入地導(dǎo)致?tīng)恳亓鞑黄胶狻?/p>

3）福州南動(dòng)車所信號(hào)專用地線與福州南站的綜合貫通地線錯(cuò)誤連接，增大了場(chǎng)間迂回干擾。

4）D11～D95的橫線連接線，影響了A、B線牽引回流的平衡。

綜合以上，福州南動(dòng)車所B線入庫(kù)動(dòng)車組在1-7DG頻繁停車原因?yàn)椋籂恳╇婋娏髦械闹C波信號(hào)通過(guò)磁場(chǎng)耦合1-7DG區(qū)段和牽引回流中的諧波干擾信號(hào)由于牽引電流不平衡被動(dòng)車組機(jī)感繞圈接收，超過(guò)10 s后，輸出命令導(dǎo)致停車。

7 進(jìn)一步整改措施

1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)電力電纜屏蔽采用鐵質(zhì)“U”型槽包封整治并良好接地。

2）對(duì)與鋼軌平行的電力電纜槽走向進(jìn)行改造，沿片石徹面抬高斜放，使其不與鋼軌平行，減弱此段磁場(chǎng)耦合強(qiáng)度。

3）對(duì)牽引電流中干擾諧波來(lái)源進(jìn)行查找和分析。

8 結(jié)束語(yǔ)

此故障處理時(shí)間長(zhǎng)，費(fèi)時(shí)耗力。除干擾源問(wèn)題本身的復(fù)雜性外，前期一直致力于電力電纜的落地屏蔽整治上，忽視動(dòng)車所內(nèi)站場(chǎng)牽引回流和貫通地線的設(shè)計(jì)上缺陷問(wèn)題，導(dǎo)致查找方向出現(xiàn)偏差。所以在今后查找分析與地面相關(guān)的ATP車載設(shè)備故障時(shí)，要辯證分析，結(jié)合地面設(shè)備的實(shí)際情況，梳理各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)變化因素，綜合分析問(wèn)題才能取得較好的解決。供電設(shè)計(jì)在進(jìn)行此類設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)同信號(hào)設(shè)計(jì)的溝通，對(duì)大電流產(chǎn)生磁場(chǎng)對(duì)信號(hào)設(shè)備干擾進(jìn)行充分論證并采取措施防止類似問(wèn)題發(fā)生。

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