电气化抗干扰实践.ppt

1 铁路电气化信号设备防干扰 理论与实践知识讲座 兰州西电务段郭大立 2 目录 第一章电气化铁路的组成 第二章防止电击伤的安全常识 第三章电气化有关人员安全规则 第四章电气化干扰来源及案例 30 第五章近年信号设备抗干扰进展 第一章电气化铁路的组成 电气化铁路是以电能作为牵引动力的一种现代化交通运输工具 电气化铁路除了包括铁道信号控制设备 通信设备以外 还包括电力机车 或电动车组 和牵引供电系统两大部分 第一节牵引供电系统的组成 第一章电气化铁路的组成 牵引供电系统是专门给电力机车 或电动车组 供给电能的装置 包括接触网和牵引变电所 电力系统的电能通过牵引变电所 馈电线 接触网 钢轨 吸上线及回流线供给电力机车 在我国采用工频单相交流牵引制 第一节牵引供电系统的组成 第一章电气化铁路的组成 第一节牵引供电系统的组成 第一章电气化铁路的组成 牵引变电所牵引变电所是将电力系统输送来的110kV或220kV工频交流高压电 通过牵引变压器变成27 5kV等级的单相工频交流电 通过馈电线将电能送到电气化铁路 接触网 上 满足电力机车的供电需要 第一节牵引供电系统的组成 第一章电气化铁路的组成 第一节牵引供电系统的组成 第一章电气化铁路的组成 馈电线是牵引变电所与接触网之间的连接线 它从牵引变电所向接触网供电 在分相装置的两侧连接到接触网上 使之获得27 5kV电源 接触网是电气化铁路上的主要供电装置 它的悬挂形式将接触线直接架设在铁路线路的上方 通过与电力机车顶部受电弓的滑动接触将电能供给电力机车 或电动车组 第一节牵引供电系统的组成 第一章电气化铁路的组成 第一节牵引供电系统的组成 10 第一章电气化铁路的组成 钢轨和吸上线在电气化铁路上 电力机车是利用两条钢轨作为牵引电流回路的 经过一段钢轨传输后大部分牵引电流从与之相连的吸上线 绝缘电缆 直接回到变电所 由于轨道与大地之间是不绝缘的 所以牵引电流的另一部分要流经大地 从埋设在牵引变电所下面的接地网回到牵引变压器 第一节牵引供电系统的组成 第一章电气化铁路的组成 吸上线和钢轨也不是直接相连 而是通过增设在轨道电路绝缘节处的扼流变压器中性点牢固连接 使牵引电流回路和轨道信号回路各自形成导通回路 互不干扰 回流线是将流经吸上线的牵引电流直接回送变电所内的牵引变压器 减少电能损失 同时降低了对铁路沿线通信 信号线路和装置的电磁干扰 通常回流线与接触网线路同杆架设 每隔一定的区段通过吸上线与钢轨相连 第一节牵引供电系统的组成 第一章电气化铁路的组成 电力机车是牵引列车的动力装置 由牵引电动机接受接触网的电能 将其转变为机械能 驱动机车的车轮运行 第二节电力机车的工作原理 第一章电气化铁路的组成 其工作原理是接收接触网上的交流电 经受电弓进入机车的主断路器再进入主变压器 从主变压器的牵引绕组经过硅机组整流后 向六台分两组并联的牵引电机供直流电 将电能转变为机械能 经过齿轮的传递驱动机车动轮转动 第二节电力机车的工作原理 第一章电气化铁路的组成 1 直接供电方式 见图 在牵引网中不加防护干扰措施 对信号 通信设施及设备维护存在较大的干扰危害 第三节牵引网的几种供电方式 第一章电气化铁路的组成 2 BT 吸流变压器 方式吸流变压器顾名思义 其原边串接在接触网 r 内 副边串接在特设的回流线 N 内 每两台BT中间安设一根吸上线 其电气连接如图所示 第三节牵引网的几种供电方式 第一章电气化铁路的组成 3 AT 自耦变压器 方式自耦变压器跨接于接触网 T 和正馈导线 F 之间 其中点与钢轨及沿接触网线路同杆架设的保护线 Pw 相连 其电气连接如图所示 第三节牵引网的几种供电方式 第一章电气化铁路的组成 4 带回流线的直接供电方式目前大部分电气化改造中均采用带回流线的直接供电方式 见图2 3 第三节牵引网的几种供电方式 第一章电气化铁路的组成 带回流线的直接供电方式取消了BT供电方式中的吸流变压器 保留了回流线 使钢轨中的回流尽可能地由回流线流回牵引变电所 同时能抵消接触网对临近电气设施的干扰 这种供电方式设备简单 因此供电设备的可靠性得到了提高 由于取消了吸流变压器 只保留了回流线 因此牵引网阻抗比直供方式低一些 供电性能好一些 造价也不太高 所以这种供电方式在我国电气化铁路上得到了广泛应用 第三节牵引网的几种供电方式 20 第一章电气化铁路的组成 在电气化牵引区段 站内目前采用97型25周相敏轨道电路 区间自动闭塞区段前期采用ZP89型移频轨道电路 提速区段经技术改造已采用ZPW 2000型无绝缘移频轨道电路 因此不论站内还是区间均针对电气化牵引区段的特点 对钢轨的牵引回流按两种方式处理 一是在轨道电路绝缘节处增设扼流变压器通过中性点来导通牵引回流 在有吸上线处接至扼流变压器 可增设空扼流 中性点处 第四节电气化区段的轨道电路 第一章电气化铁路的组成 牵引回流 消除 轨道信号 第一章电气化铁路的组成 牵引回流 消除 另一种是针对区间无缝钢线路采用ZPW 2000型无绝缘轨道电路对牵引回流的处理方式 由轨道分界处调谐区内空心线圈起到平衡牵引回流作用 在有吸上线处接至扼流变压器 可增设空扼流 中性点处 24 第二章防止电击伤的安全常识 第一节电击危险性的原因 当人受到一定程度电击时 一旦电流通过心脏 有可能发生心脏颤动而造成生命危险 因为电流通过心脏和肺等重要内脏器官所产生的危害较大 一般来说 应避免由手至足或左右两手之间的触电 此时危险性最大 举一个实例说明 遭雷击或接触网落地 着地点附近有人触电后倒地 此刻若用手扶地 是致命危险 25 第二章防止电击伤的安全常识 第二节人体触电流安全容许值 通常认为通过人体的最大容许电流值为10 15mA 因为此时人还能够独立地离开电极 脱离危险 不同电流强度下触电后人体生理反应不同 分为 知觉电流 1mA以下 自主电流 1 15mA 冻结电流 15 30mA 和心室颤动电流 流经人体的电流小于冻结电流是安全的 26 第三章电气化铁路作业人员安全防护知识 第一节总则 1 在电气化铁路上 接触网的各导线及其相连部件 通常均带有高压电 因此禁止直接或间接地 通过任何物件 如棒条 导线 水流等 与上述设备接触 2 当接触网的绝缘不良时 在其支柱 支撑结构及其金属结构上 在回流线与钢轨的连接点上 都可能出现高电压 因此平常应避免与上述部件相接 当接触网绝缘损坏时 禁止与之接触 27 第三章电气化铁路作业人员安全防护知识 第二节电气化铁路附近有关安全规定 3 为保证人身安全 除专业人员按规定作业外 任何人员所携带的物件 包括长杆 导线等 与接触网设备的带电部分需保持二米以上的距离 4 在距接触网带电部分不到二米的建筑物上作业时 接触网必须停电 并要遵照下列规定办理 施工领导人要向电力调度员提出接触网停电申请书 申请书中应明确指出施工地点 施工所需时间 施工开始时间及作业特点 对于有计划的作业 申请书应于施工前两天提出 28 第三章电气化铁路作业人员安全防护知识 第二节电气化铁路附近有关安全规定 只有在接到电力调度员许可停电施工的命令 并有接触网工区指定的接触网工安设临时接地线之后 方可开始施工 施工时接触网工必须在场监护 在有关电气安全方面 施工领导人必须听从接触网工的指导 施工结束 接触网工要确认所有工作人员都已在安全地点之后 方可拆除临时接地线 并通知电力调度员施工已完了 在拆除临时接地线之后严禁再进行施工 29 第三章电气化铁路作业人员安全防护知识 第二节电气化铁路附近有关安全规定 5 在距接触网带电部分二米到四米的导线 支柱 房顶及其它设施上施工时 接触网可不停电 但须有接触网工或经专门训练的人员在场监护 6 发现接触网断线及其部件损坏或在接触网上挂有线头 绳索等物 均不准与之接触 要立即通知附近的接触网工区或电力调度派人处理 在接触网检修人员到达以前 将该处加以防护 任何人员均应距已断导线接地处所十米以外 如接触网已断导线等侵入建筑接近限界危及行车安全时 则必须根据 铁路技术管理规程 的规定进行防护处理 第四章电气化牵引干扰来源及案例 在电力牵引区段中 接触网周围空间有分布的交变电磁场 在附近的各种信号设备上 会产生对大地的电位和纵电动势 同时 电气化铁路供电系统与信号共用钢轨作为公共传输通道 牵引供电系统存在对信号设备的干扰问题 因此 电力牵引区段的干扰分析 主要是对轨道电路 信号机 电缆 机车信号等设备干扰以及对维修作业人员的危害来源进行分析 其中对轨道电路中两条钢轨电流的不平衡及电磁干扰量列为研究的重点 第一节概论 第四章电气化牵引干扰来源及案例 电气化铁路对信号设备的干扰分为四类 1 轨道电路和机车信号受钢轨中不平衡牵引电流回流 瞬间脉冲电流及谐波电流的干扰 2 电缆受牵引网系统的感性 容性耦合的干扰 3 电力机车系统对轨道电路及区间电子计轴设备 电气集中设备 自动闭塞系统 驼峰测速雷达系统受放射 耦合 回流地电位等的影响 第二节牵引干扰的来源 第四章电气化牵引干扰来源及案例 机车车载设备包括机车信号 LKJ列车运行监控装置等受电力机车的电 磁 电磁辐射源的影响 除了上述四方面外 还存在危险电压对维修操作人员的人身安全的影响 其中第一类干扰后果最为严重 因此也是抗干扰防护的重点 第二节牵引干扰的来源分类 第四章电气化牵引干扰来源及案例 电气化铁道把钢轨作为牵引电流的一条回流通道 作为列车位置检查设备的轨道电路 无论在站内和区间都要划分很多的区段 并采用绝缘节隔开 因此 为了疏通牵引电流必须要安装扼流变压器 牵引回流通过扼流变压器中性点 经两根钢轨回归牵引变电所 扼流变压器的两个半边线圈匝数相等 阻抗相等 两根钢轨的长度相等 钢轨阻抗相等 故从基本原理上讲两根钢轨上通过的牵引电流应是相等的 每根钢轨均通过50 的牵引电流回流 第三节轨道电路不平衡牵引回流的主要来源 第四章电气化牵引干扰来源及案例 但实际上通过两根钢轨的牵引电流是不平衡的 这是因为钢轨对大地的绝缘程度极低 牵引回流除了一部分电流沿钢轨回流 而另一部分回流则沿大地流通 回归变电所 因此 牵引回流的分配取决于三个方面因素的影响 一是钢轨的导电率 包括钢轨 轨端连接线和扼流变压器的性能 第三节轨道电路不平衡牵引回流的主要来源 第四章电气化牵引干扰来源及案例 二是 钢轨 大地 间的接触电阻值不同 见下图 三是结合现场实际分析 轨端绝缘破损或者是塞钉接触不良不仅影响轨道电路的正常工作 而且会直接造成两根钢轨的牵引电流不平衡 产生严重干扰 综上所述 由于牵引回流产生的所谓横向和纵向不对称 使牵引回流沿两条钢轨线路的分布不对称 从而在钢轨之间 扼流变压器一次线圈上出现干扰电压 造成在轨道电路的器件上呈现直流成分或交流成分的影响 通常含有大量的50HZ基波和奇次谐波 仅有少量偶次谐波 第三节轨道电路不平衡牵引回流的主要来源 第四章电气化牵引干扰来源及案例 第三节轨道电路不平衡牵引回流的主要来源 第四章电气化牵引干扰来源及案例 为了定量衡量不平衡牵引电流 引入不平衡系数概念 两根轨条中的电力牵引电流如图所示 IA为A轨中流过的电力牵引电流 IB为B轨中流过的电力牵引电流 不平衡电流系数的计算公式如下 不平衡电流系数 IA IB IA IB 例如 97型25周相敏轨道电路采用了不平衡电流系数小于0 5 的扼流变压器 ZPW 2000A无绝缘轨道电路 在电力牵引电流1000A 不平衡电流最大可达100A 不平衡电流系数值为10 等 第三节轨道电路不平衡牵引回流的主要来源 第四章电气化牵引干扰来源及案例 不平衡电流对信号设备及轨道电路的干扰危害 可分为稳定干扰与冲击干扰危害两种状况 稳定干扰危害在双轨条轨道电路中 任何一种干扰电流 对轨道电路接收器的影响 都是由沿钢轨线路和扼流变压器半个线圈的干扰电流分布不对称所决定的 并且这种分布不对称是随机的 电气化区段对地下信号电缆会产生的影响 电气化区段内埋没着各种用途的众多的接地极 当大电流通过这些接地极入地时 所引起的地电位升高会对地下信号电缆的绝缘层造成威胁 第四节不平衡电流对信号设备的干扰危害 第四章电气化牵引干扰来源及案例 第四节不平衡电流对信号设备的干扰危害 冲击干扰危害在电力机车升弓空载投入主变压器时 牵引电流回路中 将出现一个冲击电流 由于这个瞬态的50HZ电流波形中含有很强的谐波分量 在某些特定条件下 能使轨道继电器发生错误动作 在接触网或电力机车组的绝缘破损时 牵引网将处于短路状态 并且出现短时间的强大的电流脉冲 在牵引网发生短路后的分段区段被切断电压 轨间干扰电压与电流I的大小成正比 短时间的强大电流通过扼流变压器的半边线圈时 在II次侧产生的高电压 可能烧断保安器的熔丝或烧损设备并有可能留有故障隐患 第四章电气化牵引干扰来源及案例 第四节不平衡电流对信号设备的干扰危害 次旅客列车由宝鸡车站I道发出 在开向西安方面的过程中 由于值班员已预排了3道发车进路 不应预办 在列车尚未完全出清1 3DG道岔区段时 因1号道岔中途转换 造成三节旅客车厢 一节行李车脱轨的重大事故 1 3DG轨道继电器在调整或分路状态下 均能因牵引电流的干扰而使脉冲轨道继电器误动 轨道滤波器能防护较强的50Hz稳定干扰 但防护不了冲击电流干扰 GJ可靠吸起 而且靠并联电容器的放电保持在吸起状态 保持吸起时间长达0 8 1 1s 而道岔电路接通时间经实测约为0 68s 因此 可以使预办好的进路中的1号道岔转动 发生列车脱轨的重大事故 第四章电气化牵引干扰来源及案例 第四节不平衡电流对信号设备的干扰危害 案例二 理论研究及实验均表明 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 即机车主变压器接向和断开接触网时会产生很大的冲击电流 最大冲击激磁电流可达机车主变压器额定电流的6 8倍 对于扼流变压器而言 它并未饱和 所以牵引冲击电流的特殊波形便能串入轨道继电器线圈 第四章电气化牵引干扰来源及案例 第四节不平衡电流对信号设备的干扰危害 因此 冲击电流对25Hz相敏轨道电路有可能造成误动 在25周相敏轨道电路中 尽管与轨道线圈并联的防护盒 对50Hz呈串联谐振 能短路绝大部分的电流 但冲击电流在过渡过程时防护盒并不起原来的短路效果 除此以外 冲击电流仍含有很大的直流成分 第四章电气化牵引干扰来源及案例 第四节不平衡电流对信号设备的干扰危害 第四章电气化牵引干扰来源及案例 第四节不平衡电流对信号设备的干扰危害 因此 牵引冲击干扰造成轨道继电器误动 原因可归纳分成两类 第一类是干扰电流与轨道继电器局部电流产生了干扰转矩 它既可能导致轨道继电器错误吸起 也可能导致错误落下 第二类是干扰电流改变了电路的25Hz参数 造成原轨道继电器工作转矩减少 即端电压降低和失调角增大 导致轨道继电器错误落下 46 第五章近年来信号设备抗干扰进展 随着铁路运输事业的快速发展 大面积提速 重载列车开行 对信号设备的要求也越来越高 近年来新技术 新设备不断涌现并上道投入运用 为运输安全可靠奠定良好设备基础 取得了良好的经济和社会效应 在电气化区段信号设备方面也出现了设备制式不断更新 工艺器材标准不断完善的良好局面 如 97型25周相敏轨道电路的运用 在原25周相敏轨道电路的基础上 在设备运用可靠性及安全性方面有了较大的提高 现已成为电气化区段站内轨道电路的推广制式 区间自动闭塞原有的四显示ZP89型移频轨道电路制式已被标准更高的ZPW 2000A无绝缘轨道电路所取代 47 第五章近年来信号设备抗干扰进展 下面就针对97型25周相敏轨道电路和ZPW 2000A无绝缘轨道电路在抗干扰能力方面的优点以及在实际维护工作中的一些注意事项作一简单的归纳分析 第一节97型25周相敏轨道电路抗干扰技术采取 综合治理 的方式对该制式进行改进 1 减少不平衡系数 改进扼流变压器的制造工艺 使其本身的不平衡度尽量减小 引接线改用 等阻线 等 要求接触网地线接向钢轨时 埋人地中的部分需将外皮与地绝缘等 48 第五章近年来信号设备抗干扰进展 扼流变压器增开气隙 控制阻抗 采用双扼流类型轨道电路 扼流变压器上配合使用干扰抑制器 即抗干扰扼流变压器 提高扼流变压器容量 增加了600A 800A两种类型 提高抗干扰性能 将轨道复示继电器改为新研制的安全型缓动继电器 它具有0 8s 0 1s的缓放和0 4s 0 1s的缓吸功能 能有效克服电化区段的冲击干扰造成轨道继电器误动问题 改进了原二元二位继电器的性能指标 49 第五章近年来信号设备抗干扰进展 25HZ轨道电路用BES型抗干扰扼流变压器 BES1 BES2型抗干扰扼流变压器的线圈结构如图12 3 7 b 所示 其电气特性应符合表12 3 7 b 的要求 50 第五章近年来信号设备抗干扰进展 51 第五章近年来信号设备抗干扰进展 第二节ZPW 2000无绝缘轨道电路干扰防护的技术特点ZPW 2000无绝缘轨道电路的干扰防护从总体上采用了雷电及电磁脉冲防护与接地技术中的设计思想 除了在轨道构成上利用调谐区内空心线圈的短路原理起到平衡牵引回流作用外 突出的特点是利用新增设的贯通地线与电缆同沟埋设 将区间设备的各种用途地线以及空心线圈 空扼流中点接入贯通地线 构成综合接地系统 一方面贯通地线接地电阻小于1 能将干扰及冲击影响及时消除 另一方面 贯通地线将各站区间设备及室内机械室设备的接地连通 构成所谓的等电位连接 对雷电及电磁脉冲防护效果明显 对电气化区段牵引干扰防护效果同样出色 52 X S S1LQJ S2LQJ 53 第五章近年来信号设备抗干扰进展 54 第五章近年来信号设备抗干扰进展 55 第五章近年来信号设备抗干扰进展 56 第五章近年来信号设备抗干扰进展 57 第二节ZPW 2000无绝缘轨道电路干扰防护的技术特点举例 交流电力牵引区段的吸上线 PW保护线接向轨道时应符合下列要求 a 在设有轨道电路的区段上 吸上线或PW保护线应接至扼流变压器中心端子板上 相邻吸上线的安装间距不得小于两个闭塞分区 b 特殊情况下 吸上线或PW保护线设置地点距轨道电路的接收 发送端的距离大于500m时 允许在轨道电路上加设一台扼流变压器 吸上线或PW保护线安装在扼流变压器中心端子板上 相邻轨道电路不得连续加设 且该轨道电路两端不得再接其他吸上线 第五章近年来信号设备抗干扰进展 58 第二节ZPW 2000无绝缘轨道电路干扰防护的技术特点c 采用ZPW 2000系列轨道电路时 吸上线或PW保护线应接在电感线圈中点 轨道电路中间必须加设扼流变压器时 吸上线或PW保护线接至扼流变压器中心端子板上 D 铁路电力牵引供电设计规范 TB10009 2005 第3条牵引供电3 4 1项规定 吸流变压器供电方式的吸上线应符合下列要求 变电所处 供电臂首端 吸上线应设两处 一处与铁路正线相连 一处与变电所专用线或站线相连 双线区段上 下行正线应各设吸上线 59 第五章近年来信号设备抗干扰进展 车站11DG 12DG两道岔区段在同一区段内接有两处牵引电流吸上线 当接触网工区在该区段作业接防护地线时 多次发生因牵引电流不平衡 影响信号设备正常使用甚至烧损设备的现象 另外此种接法使吸上线回