（交通信息工程及控制专业论文）信号设备电气化抗干扰研究.pdf

北方交通大学 下 程硕士 专业学位论文 巧 8 6 3 6 4 摘要 摘 要 本文结合宝成线宝鸡南 一阳平关段的信号设备抗干扰1 _ 程对电气化 区段的防电化强电干扰问题进行研究。针对宝成线电气化区段的防电化 强电干扰问题从问题的提出、电化干扰对轨道电路及其他信 号设备造成 的影响、电化干扰源的分析查找、针对问题及所采取的一般措施以及抗 干扰工程的施工组织等进行了总结、研究。 a b s t r a c t : t h i s p a p e r s t u d i e s t h e h i g h v o l t a g e a n t i - i n t e r f e r e n c e p r o t e c t io n o f r a i l w a y s i g n a l e q u i p m e n t s in e le c t r i c a l s e c t i o n fr o m b a c j i t o y a n g p i n g g u a n l i n e .a c c o r d i n g t o t h e b a o - c h e n g r a i l w a y , t h e e ff e c t o f e l e c t ri c a l d i s t u r b a n c e o f h i g h - v o l t a g e - i n t e r f e r e n c e o f a r t i c l e s e a r c h e s i n t e r f e r e n c e s o u r c e , a n d a n a l y s e s t h e t h e i n t e r f e r e n c e o n t r a c k c i r c u i t a n d e q u i p m e n t s . c o n t r a p o s i n g t h o s e in t e r f e r e n c e p r o b l e m s a n d o t h e r som e s i gna l e x i s t p r o b l e m s o n l o c a l e ,t h i s p a p e r s u m m a r i z e s t h e g e n e r a l m e a s u r e s t a k e n a n d t h e w o r k i n g o r g a n i z a t i o n o f t h e a n t i - i n t e r f e r e n c e e n g i n e e r i n g . k e y wo r d : s i gna l e q u i p m e n t , e le c t r i c a l s e c t i o n , h i g h v o lt a g e a n t i - in t e r f e r e n c e 、 脚代普、 导 师卿欢 北方交通大学s : 程硕士论文第一章综述 第一章综述 1 , 1引言 现代化铁路信号是铁路运输的重要组成部分。过去我国铁路的主要 牵引动力为蒸汽机车，信号设备多数是电锁器联锁，对轨道电路的要求 不高。随着铁路建设的不断发展，电气化铁路的通车里程不断增加，信 号设备也在不断发展和更新换代，目 前，全国主要干线都己实现了电气 化。联锁设备己基本上使用了电气集中联锁。但是电气化区段对信号设 备的干扰，特别是对信号设备的重要组成部分轨道电路的电化强电干扰 问题一直是影响信号设备正常使用的主要因素， 至今未能得到妥善解决， 这个问题直接影响着信号设备特别是轨道电路的正常运用，影响着行车 安全和行车效率。 我国在6 0 年代开始投入使用第一条电气化铁路， 即宝成线宝鸡一风 州段电气化铁路。当时由于车速低，牵引定数小，信号设备简单，设备 维护主要借鉴于苏联电气化区段的维修经验，很多方法都是照搬苏联的 模式， 抗干扰措施少、抗干扰能力弱。随着我国电气化铁路的不断发展， 车速的不断提高，大功率牵引机车的使用，信号设备的更新换代，我们 自己对电气化区段抗干扰问题的研究也逐步深入。 近4 0 年来，曾在电 气 化区段对多种不同制式的轨道电路进行试验， 仅在宝成线就试用了7 5 h z 交流计数轨道电 路、高压不对称脉冲轨道电路、移频轨道电 路、2 5 h z 相 敏轨道电路等等。 目 前机车信号的大量应用，对轨道电路的要求也越来越高。既要保 证轨道电路的正常使用，又要满足机车信号工作稳定，使得选择好轨道 电路的类型优为重要。 通过对不同制式轨道电路的试验、运用、总结，优胜劣汰，确定了 适合我国国情的设备制式， 即2 5 h z 相敏轨道电路， 也摸索出了我们自己 的一套维修经验。目 前，2 5 h z 相敏轨电路在我国的运用已相当普遍，是 电气化区段站内轨道电路的主要制式。本文结合宝成线宝鸡南一阳平关 ex 段的信号设备抗干扰工程对电气化区段信号设备防电化强电干扰问题 北方交通大学工程硕士论文第一章 综述 进行研究。其中有维修工作中的实践经验总结，有在信号设备防电化干 扰过程中采取的可行性措施，以及轨道电路光带故障处理实例。 1 . 2 论文的主要内容和安排 1 . 2 . 1论文的主要内容 本文主要研究了2 5 h z 相敏轨道电路在现场应用过程中牵引电流对 其的影响。从牵引电流对轨道电路影响的现象入手，分析了牵引电流的 产生，到如何采取一些基本措施和减少牵引电流对轨道电路的影响的方 法。结合现场工作的实践，列举了处理轨道电路故障的实例和日 常维修 工作中要注意的一些事项。 1 .2 .2论文组织安排 全文共分八章，其中: 第一章 介绍了我国铁路轨道电路的应用状况及对轨道电路抗强电 干扰的研究情况。 第二章 针对电气化区段轨道电路遇到强电干扰的问题， 将宝成线的 供电方式，干扰的基本情况做了介绍。 第三章 本章对电气化区段轨道电路遇到强电干扰的问题， 从干扰源 的查找、分析进行了研讨。 第四章 针对电气化区段轨道电路牵引电流不平衡问题， 以及采取的 一般性措施进行了专项研讨。 第五章 本章总结现场维修中的经验，指出2 5 h z 相敏轨道电路在实 际运用中的问题。 第六章 根据现场处理牵引电流干扰造成轨道电路故障的实例， 对故 障的发生原因进行分析，提出了解决办法。 第七章 总结了维修工作中应该注意的一些问题， 以防止牵引电流对 人身的伤害和对设备的干扰。 第八章 介绍了轨道电路改造情况， 问题。 结束语 总结全篇论文.得出mi d . 以及轨道电路调整表编制注意的 给出展望。 北方交通大学i 程硕七 论文第二童沁题的提出 第 2 章、问题的提出 用电力机车来牵引列车，通常就把它叫作电力牵引或电气化牵引， 使用电力机车的铁路区段，也就是所谓的电气化区段。电力牵引的优点 很多，我国的电气化牵引也正在逐步地推广之中。电力机车在轨道上行 驶时，机车的牵引电 机的电流 ( 简称牵引电流)是利用钢轨和大地作为 回线，构通电流回路的。一般情况下，钢轨中流过的牵引电流约占其总 电流的一半以上。通常信号电流在钢轨中的数值不大，而牵引电流的数 值比信号电流要大许多倍，可高达几百安培，并且要求牵引电流在轨道 中的流动必须畅通无阻。因钢轨中流过的牵引电流比钢轨中流过的信号 电流要大的多，牵引电流的基本波和谐波就必然对轨道中信号电流产生 干扰，有可能影响信号设备的正常工作，如轨道上回流不畅就及有可能 烧毁信号设备和危及人身安全。 宝成线全线电气化改造是在 1 9 7 5 年， 当时使用的是7 5 h z 轨道电路。 因7 5 h z 轨道电路在使用中反映出一些问题，7 0 年代末在铁道部电务局 的领导下，开始研制 2 5 h z 相敏轨道电路。1 9 8 0 年4 月开通了阳平关东 站站内2 5 h z 相敏轨道电路试点工程， 并投入运营。 随着近几年的逐步改 造， 宝成线 7 5 h z 轨道电路己退出现场使用，取而代之的是 2 5 h z 相敏 轨道电路。 既有2 5 h z 相敏轨道电路虽然较7 5 h z 轨道电路有很多优越性， 如结构简单、故障率底、便于维修、和易于现场调整等，但老一代产品 器材防干扰能力差，防电化强电干扰标准较低。 近年来，列车不断提速、 编组不断增加，机车牵引电流对信号设备正常使用的影响很大，老一代 产品器材已不能适应现场的要求。 实际的工作中，由于轨道电路受环境的影响比较大，特别是在电气 化区段，接触网地线的漏流，洞内两头接地线造成环线，机车升弓、起 动造成牵引电流的瞬间变化: 受网压变化影响的电源屏内输入电t i 波动， 长大隧道的钢轨漏泄，轨道通道上的电阻变化 ( 塞钉线和抗流线)，强 震动对连接电阻的影响，连线锈蚀、 绝缘轨缝的变化， 天气的变化等等， 要求有一种更可靠、维修量少、稳定、安全的轨道电路。 8 0 年代研制的2 5 h z 相敏轨道电路在技术上和器材上仅适用于钢轨 连续牵引总电流不大于4 0 0 a 、不平衡电流不大于2 0 a( 不平衡系数不大 于5 %) 的交流电气化区段的站内和预告区段的轨道电路。 现在使用的新 型9 7 型2 5 h z 相敏轨道电路，适用于钢轨连续牵引总电流不大于 8 0 0 a, 北方交通大学s程硕上沦文第二章问题的提 出 钢轨内不平衡电流不大于6 0 a的交流电气化区段的站内和预告区段的轨 道电路。轨道电路极限长度由原来的1 2 0 0 m延长 到 1 5 0 0 m，从而使系统 适应性更强， 并且在电源、 钢轨阻抗和极限长度等相同条件下， 9 7 型2 5 h z 相敏轨道电路比原2 5 h z 相敏轨道电路更适用于低道床区段。9 7 型2 5 h z 相敏轨道电路一个轨道区段可设置四个扼流变压器，突破了原有 2 5 h z 相敏轨道电路关于设置扼流变压器的规定，即一个轨道区段不允许设置 超过三个扼流变压器的限制 2 . 1 、既有设备概况 宝成线宝鸡南一阳平关段为单线半自 动闭塞区段，共计 2 7 个车站。 9 0 年左右电气集中大修开通完毕，站内轨道电路由7 5 h z 轨道电路改造 为2 5 h z 相敏轨道电路，接近区段为2 5 h z 交流计数轨道电路，侧线为单 扼流 一头堵)轨道电路，站内正线和股道叠加交流计数机车信号。扼 流变压器基本为老式容量4 0 0 a无气隙旧型产品， 扼流轨道连结线为不等 阻普通铁绞线， 轨端接续线使用双塞钉式接续线。 2 5 h z 轨道继电器、防 护盒也是老产品。机车信号为交流计数接近发码，使用器材为电动发码 器、脉动传输继电器。电源屏为老式的2 5 h z 小站电源屏，取自接触网 5 0 h z电源。 2 . 2 、接触网供电情况 宝鸡南一阳平关接触网为交流工频单相直供方式供电，共设有8 个 变电所，每个供电臂供 3 - 4 个区间用电。货物列车用 s s 4型、客运列车 用 s s 6 型大功率电力机车牵引。电力机车的牵引电流回路部分通过大地 和回流线流返回变电所，但很大一部分回流是通过钢轨流向变电所。信 号用电源由接触网通过单相变压器直接提供，电压的波动随供电距离的 远近、机车的运行状态、列车编组数量的多少起伏很大。根据现场测量 和计算，在该供电方式下的钢轨牵引电流超过4 0 0 a 。 钢轨上的牵引回流 在最大时超过8 0 0 a 。 特别是在宝鸡一秦岭段三机牵引时， 钢轨上的回流 超过1 0 0 0 a 。 在山 区高坡地段， 机车起动电 流更大。 2 . 3 、干扰基本情况 近年来大功率电力机车在我国被愈来愈多地采用，而且单机、多机 牵引的定数和速度也在增加，铁路列车的全面提速和某些线路区段组织 开行了重载列车，致使接触网网流不断增加，流经钢轨、扼流变压器的 回归电流相应地也随之增加，不少区段的正线已大大超过4 0 0 a，尤其在 北方交通大学工程硕士论文第二章问题的提出 靠近牵引变电所附近、 接吸上线的扼流变压器中节点处流过的电流更大。 前几年由于重车少，列车牵引吨数小，牵引电流的干扰不突出。近几年 由于重车大量增加，列车经常满载超轴，牵引电流的干扰就显得突出起 来。影响信号设备正常使用的故障明显增加。 电气化牵引电流对信号设备尤其是对轨道电路的干扰主要是钢轨不 平衡电流。根据国内几条铁路线在既有信号设备条件下测试，轨道电路 不平衡系数在s -1 2 % 之间， 而既有轨道电 路 ( 包括宝成线) 的千扰标准 都是按 5 %设计的， 不平衡系数超过 5 %以上时， 按扼流变压器通过4 0 0 a 电流计算， 不平衡电流也要超过2 0 a ， 而一般设计的抗冲击电流只有 i o a . 由于牵引电流增大，不平衡电流的绝对值也超过标准，这些对轨道电路 造成很大影响。 实际运用中不平衡系数超过5 %以上时， 就可能影响轨道 电路的正常使用，严重影响行车安全和效率。另外强大的钢轨上的回流 在流通不畅时易造成烧损轨道电路器材、电缆和其他信号设备。因此， 对不平衡电流的研究和探讨是十分重要的。 牵引电流的基本波及其谐波对轨道电路的干扰，主要是由于轨条内 同时有轨道电路的信号电流和电力机车牵引电流基本波及谐波的流动。 而牵引电流的能量远大于轨道电路的信号电流的能量。任何一种防护措 施的根本，是把牵引电流频率和轨道电路信号电流的频率分开，使信号 电流不受或少受牵引电流的干扰。 2 . 4 、轨道电路运用中发生的问题 宝成线是全国第一条电气化铁路，由于该线能力紧张，行车密度大， 线路坡度大、半径小、条件差，随着历次扩能，车流对数和牵引定数不 断增加，牵引电流也不断增大，但信号防电化强电干扰问题未能妥善解 决，既有设备器材不能抵抗大电流干扰。特别是宝鸡南、徽县等牵引电 流回归的车站轨道电路瞬间闪红光带故障时常发生，扼流变压器、扼流 轨道连结线发热，烧坏器材的情况也经常发生。原因不明的闪红光、顶 信号，机车信号错误显示等故障的发生，严重危及行车安全。为此，对 信号设备进行防电化强电干扰的研究及采取必要的防护措施是急迫的。 北方交通大学工程硕上论文 第 三章干扰的分析、查找 第 3 章干扰的分析、 查找 3 . 1 、牵引电流的流向 在电气化牵引区段，轨道不仅作为信号的信息通道，还要作为牵引电 流的回线。此外，钢轨是良好的天然接地体，因此，接触网的各种设施和 结构均通过钢轨接地。 2 5 x z 相敏轨道电路信息通道由送电端、受电端和钢轨线路组成。电源 与该钢轨相连结的所有器件属送电端，为相邻轨道电路相互绝缘的两轨条 是钢轨线路，轨道继电器及接该端钢轨相连结的所有器件属受电端。轨道 电路工作的可靠性取决于轨道电路的状态。 牵引变电所将电压 i i o k v ( 2 0 0 k v ) 降至2 7 . 5 k v 并将三相电能变成两路 单相电能分别送给牵引网的两个供电臂 ( 馈电线送至接触网)，电力机车 升弓后便可以从接触网上取得电能， 经主变压器降压后整流供给牵引电机。 其牵引供电回路是由牵引变电所一馈电线一接触网一电力机车一钢轨一回 流联接一接地网等组成的闭合回路，回路中流通的电流称为牵引电流。牵 引电流的回路部分通过大地和回流线流回变电所，很大一部分回流是通过 钢轨流向变电所。利用钢轨作为牵引电流的回路，首先应保证回流的高度 可靠性。牵引电流在钢轨网中分布情况，对保证轨道电路设备的可靠工作 有着重要的作用。 3 . 2 、牵引电流沿钢轨疏通的必要条件 保证牵引回流正常流通的必要条件是:轨道接续线，道岔跳线，线间 和轨间牵引连结线的完整，扼流变压器的引接线和吸上线，以及整个馈电 区牵引轨条的完整性。 电气化牵引回流不能畅通的危害性是很大的， 因为牵引回流是从钢轨， 架空回流线和大地三个通道返回变电所，而信号轨道电流和牵引回流均在 钢轨上流通，牵引电流在钢轨中的能量远远大于信号电流。由于牵引回流 对信号维护人员来说是比较生疏的，如果牵引回流不能畅通，不但会严重 损坏信号设备， 造成信号故障， 还会严重威胁维护人员的人身安全。因此， 对于保证牵引回路的畅通是必须引起十分的重视。 3 .2 . 1 必须保证回流线可靠接触 吸上线的作用可以减少2 5 %的钢轨电流对信号设备的影响，对于吸上 线良 好的设置也能对信号设备起到一定的分流作用。车站处的电力变压器 回流线必须接触良 好， 由于回流线 ( 杆上) 端子螺丝不紧固，汇流条连接 北方交通大学工程硕士论文第三童 干扰的分析、查找 部位接触不良，打火花，导致电源屏电压下降，甚至造成熔断电源屏和组 合架保险。如:宝鸡南、徽县站，在接线端子处使用补助线加焊，才得以 彻底解决。 3 .2 .2 双扼流变压器中心连接线不可缺少，并接触安装牢固 如宝鸡南车站3 d g -5 -9 d g由于工程遗漏， 末装双扼流中点连接线， 排流严重不畅待发现烧坏电缆 (一 在电缆盒头部)， 信号故障时才被发现。 有的车站扼流中点连接线安装接触不良，造成回流不畅，影响了轨道电路 的正常使用。 3 .2 .3 每一个轨道电 路进出口必须保证牵引电流的畅通 否则，列车进入该区段时，牵引回流切断，同样会烧坏信号设备，对 维护人员的人身安全有很大的威胁。如:阳平关东场在单机完全进入该区 段内时，由于回流严重不畅，烧坏道岔用电缆，才发现是由于设计错漏了 一根横向回流线。 3 . 2 .4 其它比较重要的回流线 道岔尾部跳线， 扼流变压器引接线， 接近区段引向区间钢轨的封连线， 电力机车的走行线，如:专用线、牵出线、安全线的回流线连边线都是必 不可缺少的。如有遗漏或锈蚀、断股、接触不良 都会严重影响牵引回流的 流向和牵引电流不平衡，对轨道电路产生干扰，严重的会烧断保险和信号 设备。 3 .3 、牵引电流不平衡对轨道电 路干扰 如果钢轨阻抗完全平衡时，即两轨条流通牵引电流的数值相等，牵引 电流的干扰对轨道电路的正常工作基本上无影响。但实际上钢轨阻抗完全 平衡是不可能的。牵引电流对轨道电路产生干扰的原因是多方面的，其中 主要的因素有: 两轨条牵引电流不平衡引起牵引回流沿钢轨不平衡的流散: 牵引电流的基本波及其谐波的干扰，以及由电力机车的启动、制动、运行 加减速等机车工作状态的变化而引起的牵引电流的变化。电气化区段电力 机车是轨道电路的干扰源。因此对牵引电流回归变电所的通道钢轨轨条上 牵引 电 流 流 通 状 况 就 必 须 引 起 我 们的 注 意 。 造成牵引电流对轨道电路产生干扰的原因之一是流通两根轨条间牵引 电流的不平衡，两根轨条间牵引电流的不对称分布的原因主要是轨道电路 阻抗不平衡，轨条对大地绝缘电阻不对称，接触网地线和相邻轨条磁影响 存在等情况，而致轨道电路各端连接的器材上出现干扰电位，影响轨道电 北方交通大学工程硕士论文第三t lli干扰的分析 、杳找 路工作的稳定性。这种纵向不平衡是由轨条对牵引回流的阻抗不相等产生 的。而且主要取决于钢轨接续线和钢轨接头的接触电阻。因此，要求钢轨 接续线有一 定的截面积。各种引接线，跳线必须固定牢固，接触良 好，对 于扼流变压器内部端子接线，要特别注意在使用时紧固螺丝，否则将会影 响轨道电路的正常使用。 站场回流网，特别是未没置扼流变压器的轨道电路，构通回流，主要 靠长回流线及扼流中心点连线连通成网，由于多股铁绞线长期锈蚀，截面 减少，乃至锈断，都会产生阻抗不平衡，除应加强维修更换外，有必要改 为电力电缆或专用信号电缆。裸露的铁绞线或钢丝绳使用寿命一般为2 - 3 年， 给维护工作带来很大的困难， 在更换时对人身安全还有一定的危险性。 大地与钢轨是并联的导体其连结媒介是钢轨对地的接触电阻并是一个 分布参数，产生了牵引回流的漏泄电流，这个漏泄电流汇成所谓迷流区。 流入大地中的电流大小取决于钢轨状态， 其次是接触网与钢轨的互感祸合， 这里指的是横向电导，钢轨的纵向阻抗逾抵和 “ 钢轨一大地”阻抗逾高， 则流入大地的牵引电流就逾少。 3 . 4 、接触网杆塔地线的影响 任何信息在传输过程中，都会从通道内引进干扰，轨道电路信号也不 例外。在交流电力牵引区段，机车的牵引电流是经钢轨和大地返回牵引变 电所的。因此钢轨既是牵引电流通道，又是电路传输信息的通道。前者为 强电，后者为弱电。因此，弱电必然会受到强电的干扰。 横向不平衡 ( 钢轨对地绝缘电阻不平衡)主要是接触网杆塔和其它流 散阻抗较低的建筑物与钢轨连接引起的。横向不平衡 ( 轨道电路)漏泄不 平衡，取决于轨道电路对地绝缘电阻差，并主要是轨条与接触网杆塔电的 藕合产生的。 为了减小接触网金属支柱接地装置造成的双轨条轨道电路不平衡，接 触网的杆塔地线加装了火花间隙，并分别均匀的打在两根轨条上。 七里坪站 1 - 3 d g有 8 根接触网地线，其中0 5 号杆地线平时有 1 .5 a电 流。 现 场 工区 反 映 谆区 段 下 行 列 车 接近时 发 生闪 红 光 现象， 顶回 进站 信 号。 我们根据波型分析，杆塔地线无火花间隙将会引起钢轨对地绝缘电阻不对 称，通过两轨条牵引电流的大小不一致，增加了双轨条轨道电路中5 0 h z 牵引电流对轨道电路的干扰。 对接触网杆塔地线火花间隙重要性的认识，有一个过程。宝成线电气 北方交通大学工程硕上论文第三章 干扰 的分析、查找 化开通后，因没有设预告信号机，机车信号正式投入运用时，机车信号受 到非信息电码的干扰，造成错误显示，影响列车正常运行。为解决区间电 码干扰，我们做了大量的调查研究，取得很多数据。发现区间两根轨条中 牵引电流不平衡，部分火花间隙损坏是其中一个原因。但供电部门对火花 间隙的维修不很重视，认为火花间隙不影响供电运用，缺损的补充就不及 时。 电气化区段接触网杆塔地线是以钢轨作为接地体的，这样，就会增加 轨道电路对地的漏泄。如果接地电阻小于2 0 欧，就会产生两个问题: ( 1 )使钢轨对地绝缘不对称，造成通过两轨条牵引电流大小不一样， 这样就会增加 5 0 周牵引电流对轨道电路的干扰。 ( 2 )对两个轨道电路轨端连接绝缘处产生分流现象，易使一个轨道电 路供应的信号电流进入相邻轨道电路区段中去。 在现场调查分析中得出，由于接触网杆塔地线在双轨条轨道电路中造 成送电端扼流变压器的半个线圈起分路作用，从而降低了轨道电路送电端 阻抗， 增加了轨道电路 两轨条间钢轨等效阻抗的不平衡， 还增加了轨道电 路的漏泄。 为排除接触网杆塔地线对设备的干扰，解决的措施是: ( 0 双轨条轨道电路接触网杆塔地线，通过火花间隙与钢轨连接，若 直接接入轨道电路，必须接在扼流变压器的中点。 ( 2 )山洞内的接触网杆塔地线，尽可能通过导线连接在一起，在山洞 外通过火花间隙与钢轨连接。 3 . 5 、轨道道床漏泄带来的影响 轨道电路的一次参数，是影响电气化区段轨道电路的重要因素，特别 是道渣电阻带来的变化更为显著。列如，略阳站 6 道，股道翻浆冒泥，淤 泥积水。虽经工务部门清筛，但因站内无排水设备、道床底，股道漏泄严 重。用钳流表测试股道电气特性，股道长6 8 0 米，测量结果送端电流为 1 0 安，而受端入口电流仅为1 . 5 安，而在送端5 0 米处股道漏泄近一半，致使 轨 道电 路 不能 保 证 平常 使 用。 大 量 的 漏 泄， 增 加 牵引 电 流的 干 扰， 并 对相 邻轨道电路进行分路，影响了相邻轨道电路的正常使用。 我们对略阳站6 g轨道区段红光带时的参数测试如下: 时间:2 0 0 2 年 7月 1 6日 1 3 时4 0 分。 天气:雨后，阴。 北方交通大学工程硕士论文第三草 干扰的分析，查找 使用仪表:轨道电路直流参数测试仪。 仪表电池电压二 e = 2 .4 1 5 v , e / 2 = 2 . 1 0 7 v, 送电段测试数据如下: ur k=1 . 1 0 2 v, r k=1 . 8 5 5 2 ，ugk= 0 . 3 0 5 v ur d =1 . 3 9 3 v r d = 0 . 5 5 2 ，u gd = 0 . 6 1 6 v 轨道开路电阻: r kl = u gk x r k/ur k = 0 .3 0 5 x 1 . 8 5/1 . 1 1 0 2 = 0 . 5 0 8 2 4 5 2 。 轨道短路电阻: r d l = v gd x r d/u r d = 0 . 6 1 6 x 0 . 5/ 0 . 3 6 8 /1 . 3 9 3 = 0 . 2 2 1 1 5 2 。 传输常数: t 一 / l x th 一 l r d l 一 r l = 1 / 0 .6 5 x th 一1 x ( 0 . 2 2 1 1 一0 . 5 0 8 2 = 1/0 . 6 5 x 0 . 6 7 3 7 = 1 . 0 3 6 5 钢轨阻抗: r g = t x办 d l x r k l 一 1 .0 3 6 5 x矿 0 . 2 2 1 1 x 0 . 5 0 8 2 4 = 0 . 3 4 7 2 0 / km 道碴电阻: rd =1 / tx = 1 / 1 . 0 3 6 5 x 犷 0 , 2 2 1 1 x 0 . 5 0 8 2 4 = 1 /1 . 0 3 6 5 x 0 . 3 3 5 2 2 = 0 . 3 2 3 5 7 5 2 / km 由于交流轨道电路的道碴电阻用直流法进行测试时，大约有 巧%的误 差，需将直流法测得的r d 值乘以0 . 8 5 后作为交流道碴电阻的最终值。故 6 g道碴电阻雨后阴天测试的结果为: r d = 0 . 3 2 5 7 x 0 . 8 5 = 0 . 2 7 5 4 / km 在道床道碴电阻很低的情况下，轨道电路不能保证正常运用。 综合上述产生不平衡电流有以下情况: 1 ) 、 将 钢 轨 和 异 有 小 的 接 地 阻 抗 的 接 触 网 杆 塔 连 结 是 不 容 许 的 ， 接 触 网杆塔地线须接扼流变压器中点或通过火花间隙接向钢轨，否则，就会产 生轨道电路两根轨对地不平衡，从而引起通过两根轨条的不平衡电流对轨 道电路产生干扰。 2 ) 、 采用火花间隙方式时， 其引至钢轨的连接线不得埋入土内或被水 , r 方交通大学 工程硕士沦文繁三章于扰的分析、查找 浸泡，不得用铁丝绑扎在桥梁的铁架上，火花间隙作用良 好不短路，在桥 梁隧道内豹火花润隙失效，钢轨组抗不平衡尤为突出。因为该这域内 “ 钢 轨一大地”的阻抗较高。 3 ) 、 在有轨道电 a电 化区段的 吸上 线、 回流 线含取自 接触网供电作为 车站的电力变压器的回流线，应与 扼流变压器中线点相连接，不得直接在 任何轨道电路轨条的一侧，否则将会产生严重的不平衡。 ( 必要时，设置 空扼流变压器) 4 )、 吸上线、回流线以 及各种通过轨道电路的水管、 铁管等均不得撞 连轨条的任何一侧，否则也会产生上述情况。 5 ) 、 轨道电路轨端绝缘处不应有毛刺， 如接头两端有毛刺而间隙较小 时，牵引回流在电力机车运行启动时，通过有关ex 段时就会在该处排流， 产生火花放电，也会产生严重的不平衡电流而熔断保险和烧坏端面绝缘。 轨端绝缘一端破损亦产生单轨条现象。 6 )、 轨道电路的各种牵引连接线， 必须安装牢固， 接触良 好， 确保两 根轨条的综向阻抗平衡以减小不平衡电流的于扰。 3 . 6 、先天不足的单轨条 1 ) 、交叉渡线轨道电 路为防止相邻轨道区段的干扰影响， 分别在渡线 的两根轨条上加装了各 一 组绝缘。由于这两组绝缘的加入，在电力机车轮 对刚进入或驶出的 尾部均会产生单轨条现象，列车轮对占 用情况下， 列车 走行距离约4 . 5 米， 在这段距离内全部是单轨条， 是不可避免的。 这种单轨 条牵引回流对轨道电路就会产生严重的不平衡电流，随时可能熔断有关轨 道区段的保险，解决的办法是:把轨道电路的受端保险由g qi 来的5 a改为 2 o a( 康铜丝保险改为耐熔时间长的铅保险比 较理想) ， 使熔断保险的时间 能渡过机车4 . 5 米的走行y e 离， 这样使熔断保险的现象得到控制， 但不能彻 底解决。 z ) 、 维规和施工规范规定轨道电 路两钢轨绝缘允许错开的距离 ( 死c : 段) 不大于2 . 5 米。 这种情况同样有可能产生单轨条现象， 同样对轨道电路 产 生 干 扰 ， 但 电 力 扒 车 走 行 时 一 般 容 易 渡 过2 .5 米 的 单 轨 条 影 响 因 此 ， 熔 断保险的可能性不大，所以一般不予考虑。 3 ) 、由于设计考虑投资和耗能少的原则牵引回流网点只考虑一个回流 通道，一 送多受分歧端，股道送或受端，牵出线端部等只要构成一个回流 通道就可以，另一端就不再设置扼流变压器，这样，电力机车在交叉渡线 北方交通大学工程硕上论文第三覃 于 扰的分析、查找 曲股通过时在不可避免出现单轨条牵引回流时，除了唯一 通道 ( 带扼流变 压器)有可能熔断轨道电路保险外，对于分歧的无扼流轨道电路的受端保 险，由于电力机车 ( 双机牵引启动时)在单轨条区域及易熔断保险。 可以采取以下几种措施: ( 1 ) 把轨道电路分歧受瑞改为 带扼流变压器 ( 羊 扼流) 取消了 轨道变压 器一次侧回路保险，而通过 1 : 3 的变比， 将保险改为在二次侧回路里。 通 过改进以后，承受不平衡电流的干扰大大提高。 经过二年的试验效果良 好。 ( 2 ) 如把单扼流改成双扼流排流更为畅 通，其效果将更加明显， 但投资 增加，不得己时才采取这种方案。 ( 3 ) 把受端改为送端也有一定的效果。应在设计时合理布置。 ( 4 ) 送、 受端限 流电阻加以固定， 并有规定阻 值，不作调正，对可靠分 路和抗干扰都是有利的。在维修工作中注意解决。 4 )、在站场回流网中设置的横向连接线截面积规定不小于8 3 m m 2 ( 1 .2 m mx 3 7 ) x 7 的多股铁绞线， 但其长度未作限制， 走行布置也没有严 格规定，现场难以维护，受外界环境影响很大，纵横向电阻均会有变化， 随时都有可能产生不平衡电流而影响设备的正常使用，对为身安全也有威 胁。因此，必须加以改进。 5 )、现在有二种轨道变压器 ( b g 2 5 )，功率分别为6 5 w. 7 5 w，在 轮换变压器时，更换人经常把变比接错，影响分路灵敏度及受端电压平衡 调正。因此，在检修所出所时，取消各种的变比调正，出所时只有带扼流 和不带扼流的两种变比的轨道变压器，引出端子只有二个 ( 变比固定)。 这样现场更换人员不易搞错。 6 )、 还有一种特殊情况，由于电力设计不妥，在交叉渡线上空接触网 设有分向器，在重载列车经经过时拉弧现象特别严重，加上渡线上的单轨 条影响， 不平衡电流达6 0 a左右， 在b g 2 5 二次侧回路里的电流干扰达2 0 a 左右，受端的 1 0 a保险是不能承受的。因此，我们就在轨道变压器二次侧 回路重加了一个 2 .2 4的限流电阻，使不平衡电流的干扰限制在 8 a左右， 不影响轨道电路的正常使用。略阳段在徽县车站3 -5 d g受端试验效果良 好。 7 )、在特定的气候条件下，连绵细雨，并有冰凌时，由于站场轨道电 路阻抗分布非常复杂，所有接触网处火花极大，无疑轨道电路受到了严重 的干扰，电力牵引的回流通道也极为复杂。如略阳车站在有电力机车接近 北方交通大学工程项 f _ 论文第三章 于扰 r j 分析、查找 和通过某区段时产生了几个轨道继电器同时落下( 如1 0 1 d g , 1 0 3 - 1 0 5 d g , 2 0 5 d g , 1 0 6 , a g等)，并涉及邻站轨道继电器的落下，尽管如此，但没 有发现轨道电路的保险被熔断的复杂现象。因此，电气化牵引电流对轨道 电路的干扰，是我们进一步深入研究和探讨的课题。 3 . 7 冲击干扰引起轨道继电器错误动作 电力机车升降弓、 过相分段( 即带载通过接触网的 站内 分区绝缘节) 、 开 关其主断路器及其驶过接有冰凌的接触网时， 都能造成对轨道电路的冲击干 扰。尤其是个别区段，在现场已发现较短的道岔区段，其轨道继电器在无 车占用时可能因此瞬间落一f( 理论分析和室内试验发现轨道继电器在落下 状态由于冲击干扰也可造成其错误吸起，但现场未发生过)，控制台的轨 道表示灯便闪红灯，更有甚者能将已开放的信号顶回 ( 点红灯)。轨道继 电器误动的表现方式为: ( 1 )调整状态时，轨道继电器瞬间落下: ( 2 ) 分路状态时，轨道继电器后接点瞬间离开甚至吸起。 3 . 7 . 1 、轨道继电器产生误动的原因 ( 1 ) 调整状态时落下 防护盒和轨道线圈内的5 0 h z 能量是由侵入的牵引干扰电流提供的， 如 果供给的能量突然大幅度减少甚至停止供给，磁能不能保持， 而当有放电回 路时电能也不能保持，回路内多余或原存的能量将通过 “ 轨道线圈一防护 盒”的闭合回路进行释放，因该闭合回路为近似 2 5 h z 的谐振槽路，故以 2 5 h z 衰减振荡的方式释放其能量。当该振荡电流的初相角导前局部电流 时，产生使继电器翼片向下的转矩，可能造成其瞬间落下。由于瞬间落下 需在继电器吸起的条件下反映，由单项实验验证时比较困难，而瞬间吸气 是在2 5 h z 残压很低，甚至为零的前提下产生的，易于用实验验证。 二元二位继电器的局部线圈均供以2 5 h z , 1 1 o v电源，轨道线圈 均不供2 5 h z 电 源，而一种供以5 0 h z 电 源，另一种供以直流电源，闭合开 关 k时，轨道线圈内的电流与局部线圈内的电流产生的转矩，在 2 5 h z 的 一个 周 期内 其 平 均 值均为 零， 故g j 都 不 吸 起。 当 断 开 开 关k时 ，两电 路中 分别为5 0 h z 的电流突然减少和直流停止供电， 谐振槽路内的多余能量 ( 对 于第一种电路) 或能量 ( 对于第二种电路) 均将产生接近于2 5 h z 的衰减振 荡，由于断开k的时机不同，振荡电路的初相角也不同，故产生的转矩方 向和大小也不同:有时断开k后，继电器无反应;有时断开k后，又能见 北方交通大学工程硕士沦文第三章 干扰的分析、查找 到翼片向下转动;有时有可能见到翼片向主略有转动;当然有时还能试出 继电器瞬间吸起。通过这一组单项实验证明.由于防护盒衰减振荡时能 产生方向不同、大小不同的转矩，使其在调整状态时瞬间落下。 扼流变压器和轨道变压器的激磁阻抗变化与继电器电压 u g的关系分 析如下。以受电端扼流变压器的激磁阻抗为例， 因衰减振荡也能使轨道继 电器落下， 故在试验时须将回路内的防护盒摘除( 使之产生不了2 5 h z 的衰 减振荡)，临时采用三相 5 0 h z 调相器对轨道和局部分频器的5 0 h z 输入电 压进行调相， 使他们最终加在局部线圈上的 2 5 h z 电压导前加在轨道线圈上 的2 5 h z 电压 4 0 0，使继电器处于理想相位后吸起并保持。用开关闭合的 方式， 将5 0 h z 干扰电压加入到轨道回路进行试验， 在扳动开关时， 也能试 出在闭合情况下轨道继电器瞬间落下。此外排除了因衰减振荡造成轨道继 电器瞬间落下的因素。 轨道线圈流入的电流如非2 5 h z ，而是近似 5 0 h z 电流，但它的正、负 半波的幅值相差极大， 而且呈快速衰减， 这种电流与局部的2 5 h z 电流仍然 产生大小不同的、向 上或向下 的转矩，当转矩的量较大且方向向下时也能 造成轨道继电器瞬间落下。此误动原因难以在调整状态时得以证实，但在 分路状态时瞬间吸起的实验中得以证实。 ( 2 )分路状态时吸起 接通及断开干扰电 流的瞬间，2 5 h z 谐振槽路内多余的能量作2 5 h z 的 衰减振荡， 当与局部的2 5 h z 电流产生向上转矩时， 则能使轨道继电器瞬间 吸起。不过干扰电流加入时误动的机会很少，而干扰电流断开时误动较易 发生。 3 .7 .2 、轨道继电器误动的分类和综合分析 为了便于叙述，我们将电力机车升弓、降弓、过电分段及其驶过结有 冰凌的接触网时，造成的机车主变l t 器接向和断开接触网，称为 “ 升弓” 和 “ 降弓”: 将冲击电流侵入轨道线圈后，其特殊波形的电流与局部线圈的2 5 h z 电流能在几短的时间内 ( i s )产生向上或向下的转矩，称为 “ 干扰转矩” 接 通 和 断 开 产 生 冲 击电 流 的 干 扰 后， 由 防 护 盒 和 轨 道 线 圈 组 成的2 5 h z 谐振槽路多余的能量放电时，形成2 5 h z 衰减振荡，该振荡产生的近似于 2 5 h z 的电流与局部线圈的2 5 h z 电流产生向上或向一下 的转矩，称为 “ 放电 转矩”: 北方交通大学下程硕士沦文第三童干扰的分析、查找 冲击电流在扼流变压器轨道变压器中产生直流磁化和 5 0 h z 磁化时，使 轨道继电器端电压降低和失调角增大，称为 “ 磁化减少转矩”。 轨道继电器误动的机理综合分析如 卜 : ( u 调整状态时由于以下原因使其瞬间落下 升弓时: “ 千扰转矩”: “ 放电转矩”; “ 磁化减少转矩”。 降弓时: “ 放电转矩”; ( 2 )分路状态时由于下述原因瞬间吸起 升弓时: “ 干扰转矩”; “ 放电转矩”。 降弓时: “ 放电转矩”向上吸。均造成轨道继电器瞬间后接点离开甚至前接 点吸起。 ( 3 )误动转矩的分类和根源 误动的根源是由于轨道电路设备内被侵入了稳定的和冲击的牵引电 流，侵入的电流干扰了轨道电路的正常工作，称 “ 干扰电流造成误动”。 干扰电流侵入后，它以 “ 干扰转矩”、 “ 放电转矩”、 “ 磁化减少转 矩”等三种方式造成误动。这三种方式有共同点也有不同点，共同点都是 影响继电器的转矩;不同点是前两种方式都是干扰电流与局部线圈电流产 生转矩后，改变了继电器的总转矩，而第三种方式则是干扰电流本身并不 与局部电流产生转矩，而是由于改变了电路中某些设备元器件的参数，使 原工作转矩减少，故第三种方式只在调整状态时起作用，而前两种方式在 调整和分路状态均能起干扰作用。 三种干扰方式可归纳分成两类: 第一类对调整和分路状态均起干扰作用，干扰的方式是干扰电流与局 部电流产生干扰转矩; 第二类只对调整状态起干扰作用，干扰的方式是改变了电路的2 5 h z 参 数，造成原工作转矩减少。 3 . 7 .3 、采取的改进措施 误动的根源是轨道电路内侵入了干扰电流，一旦干扰电流侵入后有两 类共三种方式会改变继电器的转矩，或使之减少或使之方向相反，结果都 化方交通大学工程硕士沦文第三章 干扰的分析、查找 会造成轨道继电器误动。从理论上考虑，一般可采取两种办法解决: 第一种是防止干扰电流入侵;第二种是即使在侵入了干扰电流，采取 适当措施以保证不让它改变继电器的转矩。 但实际上 该两种办法都难以做到。首先，因为牵引电流的不平衡系数 不可能做到等于零，也就是说干扰电流的侵入是不可避免的;其次，“ 磁 化减少转矩”也不能完全排除。 根据以上的客观现实，采取 “ 综合治理”的方式对该制式进行改进: 首先，设法尽可能减少干扰电流的侵入量;其次，在千扰电流侵入后，设 法使其少一些千扰作用;另外， 侵入的干扰电流若能造成轨道继电器误动， 则设法让其误动的后果不能影响其他信号设备或电路。通过以上设想，最 终达到在系统上提高抗冲击干扰的目的，解决办法: ( 1 )减少干扰电流对转矩的影响 干扰电流改变轨道继电器转矩的方式有两类，理论上 解决第一类的方 法有以下两个: a . 改变防护盒的谐振频率， 把原来与轨道线圈构成的近似于2 5 h z 的谐 振槽路， 将其谐振频率改为远离2 5 h z ，当多余能量作衰减振荡时，因其频 率远离2 5 h z ，故可利用二元二位继电器具有的频率选择性 ( 即只有两个线 圈流入相同或相近的频率电流时，才可能有固定转矩使之吸起)，使其产 生不了干扰转矩。但这和设置防护盒的原意不符，设计成现有的能产生 2 5 h z 振荡的防护盒，是为了得到理想的补偿， 使传输功率大大减少和失调 角也能减少。 如将谐振频率改成距2 5 h z 较远， 则引起轨道电路传输功率的 增加程度将比加串电阻的方式还要多，故即将多几倍到十几倍，故不采用 这种方法。 b . 在轨道线圈接向室外前， 加串一个滤波器， 将非 2 5 h z 电流拒之门外， 即不让冲击干扰电流进入轨道线圈，从而使之产生不了 “ 干扰转矩”。考 虑到需增加器材，因此可能会提高工程造价也不采用此方法。 没有采用此方法的原因是他们都只能解决第一类的干扰问题，而第二 类的问题依然无法解决。 第一类方式造成的误动时间很短，在 2 0 世纪8 0 年代，郑州铁路局曾 作过统计，二元二位轨道继电器瞬间落下的时间多在 0 . 3 s 以内，而 日本有 关资料曾介绍过冲击电流的直流成分能延续 i s 左右。为此吸收国内、外的 有关成功经验，将扼流变压器铁心加开气隙，减少其直流磁化时的2 5 h z 北方交通大学下程硕士论文第三章干扰的分析、查找 阻抗变小的程度，使轨道线圈电压值降低的少一些，降低后的电压值仍高 与保持值而不落下。 变压器铁心所开气隙大，抗直流磁化的能力强，但在铁芯的体积、材 质均相同的前提下，2 5 h z 阻抗就小得多。视入阻抗低时的分路灵敏度差， 不利于增加极限长度，为了不是扼流变压器的阻抗减少，所以只在扼流变 压器铁芯上开两个0 .2 m m的气隙。当有9 a直流磁化时，无气隙时2 5 h z 阻抗降为4 5 ， 而加气隙后， 只降到8 6 %; 有 1 2 a直流磁化时， 无气隙为 3 5 %，有气隙为7 3 %。如果直流磁化小于6 a ，加气隙后阻抗基本不降低， 而不加气隙则降为7 5 %。开两个0 .2 m m气隙后，其2 5 h z 阻抗值能满足轨 道电路传输系统对它的要求。 新的扼流变压器加开气隙后， 对于 6 a以下的直流磁化，因其2 5 h z 阻 抗基本不变，则g j 端电压也基本保持不变:9 a时阻抗虽下降了1 4 %, g j 端电压也降低，但不致误动;如直流成分进一步增大，g j 可能要落下。但 国内尚无有关冲击电流中直流成分的介绍。 据有关资料介绍，曾发现电力机车过电分段时产生的冲击电流中，直 流成分高达 8 0 a 。对于某些段的道岔区段而言，不平衡系数可达 1 0 %，相 当于有 1 6 a的直流侵入扼