電氣化鐵路牽引供電對鐵路信號設備的影響分析

電氣化鐵路牽引供電對鐵路信號設備的影

響分析倪志剛朔黃鐵路發展有限責任公司，中國?山西忻州0361001引言當前，隨著中國鐵路事業的飛速發展，電氣化鐵路的建設已經成為鐵路修建的新形式，電氣化鐵路建設主要是利用牽引供電系統，為鐵路的運行提供動力電源，在鐵路重載和高速運行等方面都發揮著無可替代的重要價值。在電氣化鐵路建設過程中，采用牽引供電的方式，可能會在電流傳輸的過程中形成具有干擾性的電子廠或信號脈沖，而這些干擾因素也會影響到鐵路信號設備的正常運轉。想要從根源上減少或避免牽引供電系統對鐵路信號設備正常運轉所帶來的干擾問題，鐵路工作人員就應該根據干擾實際情況找到信號干擾源，采取有針對性的抗干擾措施保障信號系統的正常運轉。近年來，隨著中國現代化計算機技術以及通信技術的飛速發展，鐵路事業中的信號系統中也融合了大量的新型現代化技術以及現代化設備，這也使得電氣化鐵路事業中牽引供電系統與鐵路信號系統之間的矛盾更加突出，因此，如何能夠解決好牽引供電系統對鐵路信號系統帶來的干擾問題，成為了當前鐵路從業人員應該關注的重點問題。2牽引供電系統對鐵路信號設備產生的干擾類型以及產生原因牽引供電系統對于鐵路信號設備的傳導性干擾電氣化鐵路事業的發展需要牽引供電系統為鐵路的運行提供動力，而且以供電系統在運行過程中受到外界不可抗因素，可能會存在電流波動的問題，從而干擾到了鐵路信號設備的正常運轉。而電流波動帶來的干擾問題，也是導致鐵路信號設備受到影響的主要原因。在電氣化鐵路事業建設過程，鐵路鋼軌與牽引供電系統和信號設備系統均有連接。同時，鐵路鋼軌也是保障電流正常運轉和信號傳輸的公共通道，由于鐵路鋼軌在電力傳輸過程中存在接線抗阻、鋼軌抗阻以及地漏等因素的影響，這就導致牽引供電設備流經鐵路鋼軌的電流值存在一定的波動，這也會支持電流在運行的過程中出現不平衡問題，從而對鐵路信號設備形成一定的干擾。在不平衡電流的影響作用下，電氣化鐵路的扼流變壓器就會產生電動勢，這一電動勢會直接導致扼流變壓器的電壓值持續上升，當電壓值上升到一定程度后，就會導致鐵道中的繼電器產生誤動，從而引發鐵路信號設備的異常問題。牽引供電系統對鐵路信號設備產生的容性耦合干擾在通常情況下，接觸網需要的標準值電壓較高，如果在強電線路上存在對的電壓，那么，受到干擾的信號設備與大地之間也會存在接地電壓，這就會導致鐵路信號設備與強電線之間產生強烈的電容耦合反應,從而導致強電線中的強電流分散到信號設備中，當分散電流流入到鐵路信號設備時，就會引起感應電動勢，從而對信號設備的正常運轉造成容性耦合影響。需要注意的是，強電線電流分流過程中產生的感應電動勢靜電場強度、強電線路與鐵路信號設備之間的距離，以及強電線路中電流量分流的大小之間都具有密切的聯系［1］。牽引供電系統對鐵路信號設備的感性耦合干擾在電氣化鐵路事業的建設過程中，采用牽引供電的方式，需要較高的電壓值和電流量，因此在通常情況下，牽引電流都能夠達到幾百甚至上千安培，當鐵路鋼軌接觸網通過電流時，鐵路信號設備與接觸網的強電線之間就會出現耦合電感，在這樣的條件下，受到電流干擾的鐵路信號設備中就會形成感應電動勢，進而產生感性耦合的問題。感性耦合與容性耦合這兩種干擾問題既存在相似之處，又存在一定的差異性，在通常情況下，感性耦合現象的發生，不僅僅與鐵路信號設備和接觸網之間的距離存在密切的關聯，同時還與鐵路信號設備接觸網通過的電流量大小之間有關。牽引供電系統對鐵路信號設備的輻射性干擾當電流經過的接觸網與受電弓之間發生密切接觸時，如果存在過分電段、受電弓降弓、駛過存在硬點的接觸網以及開關主斷電路等問題時,就可能會對電氣化鐵路建設事業中的牽引供電系統帶來較大的沖擊電流。鐵路鋼軌是牽引電流系統中的回線部分，當鐵路鋼軌家受到沖擊電流的瞬間，就會直接導致扼流變壓器達到飽和狀態，而扼流變壓器的狀態，會直接影響到信號傳遞的頻率，這會導致信號傳遞在同周期內被直接削弱，進而出現由于信號傳輸系統的錯誤而引發軌道繼電器的誤動。除此之外，接觸網的受電弓在離線狀態下還會產生大量的電火花，這些電火花的出現，會在區域范圍內產生無線電脈沖，進而影響到鐵路信號設備信息的傳遞質量和傳遞準確性［2］。牽引供電系統對鐵路信號設備帶來的其他干擾在通常情況下，為了確保鐵路設備檢修工作人員的安全性，鐵路鋼軌還起到了鐵路供電接觸網的接地端作用。但是如果在鐵路運行檢測工作中沒有及時發現某些桿塔沒有經過火花間隙就直接與鋼軌進行連接的問題，或是出現了火花間隙已經失效等其他原因，就可能會導致鐵路鋼軌中出現軌道電力紅光帶。除此之外，當列車的受電弓出現了支持絕緣閃爍、受電沖擊等故障問題時，將會在一瞬間產生較大的短路電流，而這些短路電流的瞬間爆發下的巨大沖擊力也會使火花間隙被瞬間擊穿，從而對鐵路信號設備的信息傳遞產生不利的影響［3］。3鐵路信號設備應對牽引供電系統的抗干擾措施3.125赫茲頻率下軌道電路的抗干擾應對措施25赫茲頻率的軌道信息設備電路在運行過程中受到的主要干擾為傳導性干擾問題，而傳導性干擾問題出現的主要原因是由于牽引供電系統供電過程中電流的波動性而引發的。在通常情況下，25赫茲頻率的軌道電路遭受電流波動影響的形式主要分為兩種［4］。第一種是波動電流會直接形成脈沖電流，而脈沖電流的波形圖像上下處于不對稱狀態，并且其中還摻雜了一些直流電流成分，這些電流成分可能會導致扼流變壓器等其他電力元件瞬間飽和，進而導致鐵路信號傳輸系統在信息傳輸的過程中，由于25赫茲頻率的軌道線路中出現電流波動問題而出現傳遞失誤的問題［5］。第二種是波動電流在運行的過程中還可能會對鐵路信號設備產生脈沖干擾，這些脈沖電路會在軌道電路內部的限行濾波器中形成逐漸衰減的震蕩性沖擊，而這種逐漸衰減的振蕩信號沖擊，可能會與原有的鐵路信號設備發出的信號相互疊加,在相互干擾的過程中，就會導致軌道電路中的繼電器發生誤動，影響到信號設備的正常運轉［6］。對于這些問題的應對措施，可以從以下三個方面入手：第一，可以適當的增大扼流變壓器的鐵芯飽和電流強度，確保扼流電壓器在受到脈沖干擾的情況下不會直接達到飽和狀態。第二，在厄流變壓器周邊增加一些抗干擾的線圈，從而有效地強化扼流變壓器對于電力波動脈沖的抗干擾能力，與此同時，還可以通過安裝適配器的方式降低電流波動帶來的干擾問題。第三，可以在25赫茲軌道頻率的電路旁設計一條輔助電路，通過二者之間的并聯作用起到諧振效果，從而達到增強鐵路信號設備信號傳遞的目標［6］。采用ZPW2000軌道電路抗干擾應對措施ZPW2000抗干擾系統是在20個世紀90年代引入中國的，這一系統在應用的過程中具有較強的抗干擾性能。第一，ZPW2000采用的是空心線圈，對50赫茲頻率下的牽引電流阻抗較小，應對50赫茲的牽引電流強度幾乎處于斷路狀態，這也能夠起到平衡軌道電流，使得電流不處于強烈波動狀態的效果。第二，ZPW2000系統內部使用了較高的偶次諧波，牽引電路系統的電流在運行過程中，除去50赫茲的基礎電流波段外，還存在偶次諧波和奇次諧波，其中，奇次諧波所攜帶的能量遠遠高于偶次諧波。除此之外，奇次諧波在運行過程中所攜帶的能量會隨著頻率的降低而逐步增加。而ZPW2000自帶較高的偶次諧波，就可以有效地避免由于牽引電流運行而產生的干擾問題［7］。綜合性的抗干擾措施綜合性抗干擾措施主要應該根據牽引電路帶來的不同干擾影響有針對性地采取抗干擾措施，從源頭上解決干擾問題。首先，可以通過合理的選擇牽引供電的方式，不斷提升牽引電流回路系統中電波的對稱性，這樣就可以有效地降低電流波動，對于信號設備正常運行產生的影響。其次，還可以通過安裝電容補償器降低電流運行過程中葉波對于信號設備信息傳遞產生的干擾。最后，還可以在電氣化鐵路建設過程中，采用更加合理的牽引供電方