GB∕T 28807.3-2017 轨道交通 机车车辆和列车检测系统的兼容性 第3部分：与计轴器的兼容性

ICS45.060GB/T28807.3—2017IGB/T28807.3—2017 1 1 1 13.2缩略语 24概要说明 24.1干扰原理 2 3 4 4 45.2机车车辆兼容性验证方法 4附录A(规范性附录)计轴器抗扰度测试 附录B(资料性附录)机车车辆用MA的设计指南 ⅢGB/T28807.3—2017GB/T28807《轨道交通机车车辆和列车检测系统的兼容性》分为三个部分：——轨道交通机车车辆和列车检测系统的兼容性；(总则) ——第3部分：与计轴器的兼容性。本部分为GB/T28807的第3部分。本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本部分由全国牵引电气设备与系统标准化技术委员会(SAC/TC278)归口。1GB/T28807.3—2017轨道交通机车车辆和列车检测系统的兼容性第3部分：与计轴器的兼容性GB/T28807的本部分规定了机车车辆发射干扰的现场测量方法与评估方法，及对应的计轴器抗2规范性引用文件GB/T28807轨道交通机车车辆和列车检测系统的兼容性(GB/T28807—2012,IEC62427:2007,IDT)GB/T28807界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1.13.1.2拐点inflectionpoint计轴器静态(连续)和动态(短时)抗扰度的转折点，处于稳态阀值105%处。3.1.3对带通滤波器的输出进行RMS计算的窗口时间。3.1.4测量天线(MA)measurementantenna(MA)2GB/T28807.3—20173.2缩略语下列缩略语适用于本文件。A/D:模/数转换(AnaloguetoDigital)EUT:被测设备(EquipmentUnderTest)FGA:磁场发射天线(FieldGenerationAntenna)HFR:高频范围(HigherFrequencyRange)LFR:低频范围(LowerFrequencyRange)RBW:分辨带宽(ResolutionBandWidth)RMS:方均根值(RootMeanSquare)SSS:微型传感器(SmallSizeSensor)4概要说明计轴器检测装置计轴器检测装置通道1结果输送评估单元钢轨上的传感器脉冲变换电路检测电路通道2脉冲变换电路——调制/解调电路。3GB/T28807.3—2017计轴器采用各种滤波技术和算法处理干扰脉冲，在保障安全性前提下最大程度地提高可靠性。 当计轴器处于占用状态时拒绝接受单个通道的车轮检测脉冲。灵敏度的精确范围为产品技术参数，而MA位置的选择与相关的传感器有关。抗扰度(灵敏度限值)指能导致干扰脉冲或破坏车轴计数检测器一路或多路检测脉冲的磁场强度。计轴器传感器的发射和接收单元之间的磁场耦合能力取决于轨道的诸多参数。对于干线轨道，接收电压的衰减效果更大，应对灵敏度提出更严格的要求。影响计轴器工作的干扰源如下：——车载电气装置产生并通过自由空间藕合到计轴器的磁感应(称为磁场);——计轴器工作灵敏度范围内的轨道电流(称为轨道电流场)。以上两种干扰源产生的干扰叠加作用于计轴器传感器，其中轨道电流场矢量可预估，但磁场矢量受制于车载干扰源和轨道类型而不可预估。4.2可靠性裕量如果过大干扰导致计轴器的错误计数为安全侧失效，则不要求安全性裕量，但应设置可靠性裕量以保障计数的可靠性。对于一般线路，可接受的错误计数概率为10-⁷。如果超出车轴计数检测器限值的干扰可能导致危险侧失效，则配套运行的机车车辆应满足基于持续时间的限值(如图3所示),裕量为9dB。9dB裕量分为：——3dB基于：●测量链中的不确定性；●叠加作用(分析方法);●其他导致干扰的环境因素(如雨和温度)。时间射限值)图3与持续时间相关的限值4GB/T28807.3—2017——拐点(典型值在1ms～2.5ms之间)决定了评估机车车辆的积分时间窗口。积分时间T;和对——对于评估短时持续时间(图3中拐点的左侧),可缩短积分时间窗口，提高发射限值。如果计轴器产品具有线性性能(模拟传感器),则抗扰限值通常可线性增加而时间窗口可相应减少。对发射限值应覆盖大型轨道所产生的最恶劣情况。这些录A。应在X轴、Y轴和Z轴上测量车辆发射的磁场。如果干扰超出了相关的车辆发射限值，应识别超且在该速度下机车车辆能够在兼容性要求的频率范围内车车辆(例如装备四象限牵引变流器和辅助变流器的机车车辆或补充MA,以保证通过MA检测到干扰。5.2.2MA下频段的两种MA:——低频段(LFR):10kHz～100kHz;——高频段(HFR):100kHz～1.3MHz。5GB/T28807.3—2017应采用具有共同中心点并具有如下几何尺寸的三维矩形磁场环型MA(见图4):——X轴上50mm×50mm; Y轴和Z轴上50mm×150mm,长轴方向为X轴。zzx适用于LFR和HFR的MA中心点位置示意图见图5,并应满足表1的要求。图5MA中心点坐标示意图MA.的类型注：MA的中心点(Y₁,Z₁)根据所有类型传感器在每个频率范围(LFR,HFR)的平均值得出。6GB/T28807.3—2017安装位置的精确度要求见5.2.4。为减小大地电流和其他因素的干扰，MA应安装在两条轨枕之间(见图6)。如果安装两个MA,它们之间的距离不应小于400mm。MA不宜安装在金属桥上。图6两轨枕间安装的MA机车车辆兼容性试验的运行要求取决于机车车辆设计。本部分内容适用于由直流供电的机车车潜在的干扰源。通常由直流供电并采用四象限牵引变流器的车辆所产生磁场的幅值与直流供电电压成正比，具有高频度的尖脉冲或脉冲叠加将对计轴器造成严重的干扰。轨道电流电磁场幅值取决于从电机到齿轮箱以及轴承等部件的接地回路，当这些部件静止时传导耦合阻抗最小。牵引供电的基波电流对干扰磁场的幅值影响较低。应在以下运行条件下测试机车车辆：a)按最大牵引力运行(加速模式)和最大电制动力运行，至少分为以下四种速度(见图7):图7速度条件示意图[牵引力(Z)一速度(v)]7GB/T28807.3—2017——速度v₂:异步转为同步(最大脉冲频度)变换时速度值的70%～90%;——速度v₃:转换至功率双曲线(最大直流供电电压)速度值的70%～90%;——速度v₄:转换至功率双曲线(最大直流供电电压)速度值超出20%～30%。——供热电路全部正常供电且车辆以5km/h～20km/h的速度运 最大电制动力等)。测量磁场干扰时应排除其他车辆的影响，至少在分析时可排除其应考虑在车辆的两侧进行试验，宜在两条轨道上安装MA且同时进行测量。如有可能，机车车辆应在不掉头的条件下前进和后退。试验基础设施环境(单轨回流或双轨回流)应能模拟真实的轨道应降级模式(关闭牵引电机和/或牵引单元)和不同速度的条件下分别试验。如果关闭牵引电机和/或牵数量以保证MA能够检测到干扰信号。测量可采用模拟测量或数字化测量，这两种方式的测量步骤见图8,图中第1步和第2步可顺序进8GB/T28807.3—2017数据+TwA/D32——窄带滤波器；9GB/T28807.3—2017——第2步：根据窄带发射限值评估；——第3步：超过发射限值时的调整措施。如果车辆满足宽带发射限值(见5.2.6.2)要求，可结束评估；也可不经第1步直接进入第2步(见5.2.6.3)评估。评估可使用模拟或数字化测量系统。5.2.6.2基于宽带发射限值的评估方法(第1步)应按以下步骤进行测量和评估(见图8):——使用模拟测量或数字采样方法采集(X轴、Y轴和Z轴)宽带发射信号；——分析和验证发射等级和持续时间。如果没有超出限值要求，车辆通过检验，试验结果记录在兼容性证明文件中。如果超出限值，进入应根据计轴器产品参数确定LHR和HFR的最短积分时间。图9给出了一个宽带信号的测量记录和分析示例。Js(t)²Js(t)²图9宽带发射限值的评估示例5.2.6.2.2(X轴、Y轴和Z轴)宽带发射场的模拟测量高低频段的模拟测量通道见图10。实现该测量的最直接方法是使用频谱分析仪。应使用零挡模式(关闭扫描算法)通过带通滤波器测量时间函数曲线。测量频段的频率带宽设为1kHz以实现输出信号的低通滤波。频谱分析仪的垂直轴输出(称为“Y”,代表输出幅值)可连接到配有示波器的记录装置。带通du(t)低通(积分时间)v(t)图10典型模拟测量各个轴上的模拟测量通道包含下列内容和参数：——对于LFR频段，分辨带宽(RBW,3dB)90kHz,中心频率为55kHz; 对于HFR频段，分辨带宽(RBW,3dB)1.2MHz,中心频率为700kHz——方均根值测量装置； 1kHz频率衰减3dB的1阶低通滤波通道；——设定零挡模式。5.2.6.2.3(X轴、Y轴和Z轴)宽带发射场的数字化测量数字化测量通道见图11。各个轴上的数字测量通道包含下列内容和参数：——采样率：●对于LFR频段，300kHz或三倍于计轴器的最高工作频率；●对于HFR频段，3MHz或三倍于计轴器的最高工作频率。●两种频段均采用40dB/十倍频程的滤波衰减。检测装置检测装置v(n)v(n)图11典型数字化测量方均根值测量装置应具有连续的量化方均根功能，积分时间根据产品参数确定，下降沿采样取75%重叠角。5.2.6.3窄带发射限值的评估方法(第2步)应根据计轴器类型和利益相关方协商结果确定发射限值，发射限值以窄带磁场强度的形式定义。GB/T28807.3—2017带通滤波曲线的特性和积分时间为产品技术参数，应与计轴接收器的实际特性一致。应综合考虑中心频率的偏差范围和滤波器曲线带宽，协商确定进一步评估用带通滤波器的带宽。应首先评估各计轴器的整个窄带频段(中心频率的偏差范围是在中心频率的两侧加3dB带宽),以保证评估的有效性。应按产品技术规格中的滤波带宽分析窄带频段内信号的发射，在X轴、Y轴和Z轴上针对HFR和LHR进行测量，并分析和验证发射等级是否符合规定。如果结果不超出限值，车辆达标。如果结果超出限值，可按5.2.6.4规定调整计轴器系统。调整后，应按GB/T28807验证所有的兼容特性。应在X轴、Y轴和Z轴上采用全采样方法对计轴器的关键窄带发射区进——频率偏差为3dB的数字带通滤波器和符合规定阶数的巴特沃斯滤波器。 方均根值检测装置：连续的量化方均根功能，积分时间根据产品确定，75%的重叠(下降沿采样)。——分析和验证发射等级是否满足要求。如果结果不超出限值，车辆达标。如果结果超出限值，可按5.2.6.4规定调整计轴器系统。调整后，应按GB/T28807验证所有的兼容特性。对于短时干扰的评估，可缩短积分时间窗口并提高发射限值。短时干扰分为下列类型：——单个离散短时干扰(也称为瞬时干扰),这类干扰的扰动时间应小于装置规定的积分时间，在提高发射限值的条件下，扰动时间应小于缩短的积分时间；——重复短时干扰：●干扰的扰动时间小于装置规定的积分时间，在提高发射限值的条件下，扰动时间应小于缩短的积分时间。对于开关和接触器引发的瞬时冲击见5.2.3.1的c)。5.2.6.4超出限值的调整措施(第3步)如果干扰超过发射限值，应采取调整措施以满足兼容性要求。兼容性证明应符合GB/T28807的要求，机车车辆发射值超出限值应小于25dB。GB/T28807.3—2017(规范性附录)计轴器抗扰度测试A.1敏感性试验A.1.1试验装置宜采用一个正方环形FGA测量工作在10kHz～1.3MHz频率范围内的计轴器。应在特定计轴器的试验技术文件中规定FGA的频率响应特性。为避免寄生效应，宜按下列条件进行试验：——试验频率范围内磁场强度基本不变(保障FGA的线性度);——FGA与信号放大器/发生器输出之间良好匹配，即确定FGA最低阻抗(对于输出阻抗为50ΩFGA的长度和宽度均大于550mm,以保证良好的磁场均匀性。试验带宽范围内频率响应小于4dB(不宜高于1dB)。—200mm×200mm(1dB范围);图A.1FGA磁场均匀性示意图GB/T28807.3—2017A.1.1.2监测系统(磁场强度测量设备)要求抗扰度试验所用测量传感器最大横截面不超过30mm。A.1.1.2.2MAMA要求见5.2.2。A.1.1.3试验信号发生器配置一个产生连续和脉冲式正弦波信号的信号发生器测量抗扰度，以便在计轴器工作带宽范围内产生干扰波形。对于50Ω系统宜采用能输出峰峰值为10V的标准任意波发生器。可采用独立的功率放大器驱动FGA。A.1.1.4试验对象(EUT)试验对象是车轴计数检测器。为了排除金属支架引起试验磁场畸变以及轨道末端对测量的影响，车轴计数检测器应通过木质件安装在长度不小于1m的轨道上。如果可行，检测装置连接至独立的轨旁电子单元。试验对象与任何导电部件(金属结构)的距离宜不小于0.5m。试验对象的技术参数包括：——检测装置和电子单元的型号；——轨道长度。A.1.2功能试验准则抗扰度(敏感度限值)是指不致于产生干扰脉冲或破坏车轴计数检测器一个或多个通道上轮对检测脉冲的最大磁场强度。A.1.3确定均匀磁场抗扰度的试验方法A.1.3.1概述轨道会影响计轴器检测探头处的感应磁场。本试验进行时轨道上不应存在轮对。试验时计轴器(EUT)处于正常工作模式。如果不能确定最恶劣轨道，则按准均匀磁场进行抗扰度试验。MA的阈值对于确定机车车辆干扰限值起到决定性作用。A.1.3.2X轴、Y轴和Z轴上磁场敏感度的测定FGA应能在与计轴器对应的坐标面(例如Y—Z面或X—Z面)上旋转。测量并记录以FGA产生磁场的角度(每10°递增)为变量的抗扰度函数。根据计轴器最敏感情况确定FGA最敏感角度am,(在此角度下Y与Z轴或者X与Z轴上的几何求和绝对值最小)。采用与机车车辆测量相同的MA(位置和电气边界要求见5.2.2),且在现场计轴器传感器实际安装的位置使用微型传感器测量X轴、Y轴和Z轴上的等效磁场。GB/T28807.3—2017A.1.3.3Y—Z轴的试验FGA和计轴器传感器之间的距离为150mm。测量时以计轴器传感器为中心的800mm范围内应无金属导体。Y—Z平面上的试验配置见图A.2。FGAFGA发生器幅值控制试验环境监控系统图A.2Y—Z平面上的试验配置A.1.3.4X—Z轴的试验FGA的安装应以轨道作为中心。测量时以计轴器传感器为中心的800mm范围内应无金属导体。X—Z平面上的试验配置见图A.3和图A.4。宽频宽频FGA监控系统频率控制图A.3X—Z平面上的均匀磁场试验配置(正视图)GB/T28807.3—2017放大器幅值控制频率控制监控系统(SSS、MA)a图A.4X—Z平面上的均匀磁场试验配置(侧视图)A.1.3.5试验信号A.1.3.5.1稳态敏感性试验稳态敏感性试验采用连续的正弦波信号作为试验信号。在计轴器传感器的工作频率范围内调整信号频率，以确定实际感应频率范围。应确定中心频率的完整滤波曲线(0dB、-3dB和-20dB等),并包含在本部分的正文中。应按照以下步骤确定X—Z平面和Y—Z平面的稳态敏感性：a)将信号发生器的频率设定为传感器的中心频率(标称)。b)按图A.5将FGA安装在基于X—Z平面角度α=50°的位置。c)逐步提高干扰强度(增大信号发生器的输出幅值)直至超过设备额定阈值(发生状态变化)。记录对应的角度以及X轴、Y轴和Z轴上的干扰(SSS、MA)阈值。d)以10°为增量，逐步改变FGA角度。记录引起计轴器状态变化角度以及各角度的最大干扰e)在Y—Z平面上重复步骤a)～d)。f)对于在最敏感FGA角度、最恶劣轨道以及最不理想FGA角度条件下X轴、Y轴和Z轴上的干扰(SSS、MA)阈值(通过步骤d)获取],应至少确定0dB、-3dB和一20dB处频率以完成A.1.3.5.2动态敏感性试验对于动态敏感性，应采用开关正弦波信号作为试验信号，并确定瞬时干扰对车轴计数检测器的影响。车轴计数检测器的正弦波脉冲响应原理见图A.5。GB/T28807.3—2017隙中的TS响应IT.ot/msT₁.o——系统响应时间，负半波，单位为毫秒(ms);图A.5车轴计数检测器的正弦波脉冲响应可按以下步骤确定动态敏感性：a)选择FGA感应平面(X—Z平面或Y—Z平面)和最恶劣轨道；b)将信号发生器频率设定为传感器最敏感的频率(见A.1.3.5.1);c)按最敏感角度αm,设置FGA角度；e)逐步提高干扰强度(增大信号发生器的输出幅值)直至超过设备额定阈值(发生状态变化);f)记录此时X轴、Y轴和Z轴上的干扰阈值和Tp,确定X轴、Y轴和Z轴的最敏感轴上的曲线(阈值-时间);g)缩短Tp后返回至步骤d)。重复步骤d)～f),直至Tp小到能够估计瞬时干扰下的计轴器性能(Tp最小量宜取100μs)。GB/T28807.3—2017分时间还应考虑计轴器制造商提供的计轴器可承受的干扰重复间隔限值。拐点是车轴计数检测器工作的稳态(连续波形)和动态(短时)抗扰性能的变化点。在拐点的左侧，干扰信号持续时间小于积分时间。拐点是稳态阈值的105%。A.1.4对轨道电流磁场的敏感性试验轨道电流产生的磁场会影响计轴器传感器的敏感性，磁场在X轴、Y轴和Z轴上的分布受轨道外型影响而各不相同。MA阈值对于机车车辆限值的确定极为重要，应考虑最恶劣轨道的影响。应在计轴器正常工作条件下进行试验，轨道电流试验布置见图A.6。电流电流放大器生器幅值控制监测系统供电电缆与轨道轨道周边无金属区轨道周边无金属区图A.6轨道电流试验布置可认为磁场限值试验包涵了轨道电流感应限值。车轮通过计轴器传感器时流经轮轨接触点的电流本试验用于确定影响磁场的一般干扰源在各个轴上的具体影响，可用于评估被测车辆发射的磁场。无车轮通过条件下轨道电流产生磁场的敏感性试验过程基本不变，但此时信号发生器产生的电流流经计轴器所在的轨道终端。在以下条件下测量轨道电流产生的磁场：——轨道长度大于1m;——与轨道平行的供电电缆与轨道的距离大于1.5m;——轨道三维空间任意轴上1m内不存在金属体。可仅采用适用于稳态干扰的试验程序(A.1.3.5.1中步骤a)～c]]。A.1.5确定非均匀磁场抗扰度的试验方法A.1.5.1概述宜对所有计轴器检测其对非均匀磁场的抗扰度，即使预计非均匀磁场影响小于均匀磁场影响。如果确认计轴器不受某个磁场部件影响，则不进行该磁场部件的非均匀磁场试验(仅试验有影响的磁场部件)。GB/T28807.3—2017MA的阈值对于确定机车车辆干扰限值起到决定性作用，应考虑全部轨道类型中最恶劣轨道的影响。应在计轴器正常工作条件下进行试验，根据有关计轴器的实验室试验结果确定是否进行非均匀磁场试验。A.1.5.2一般试验布置应采用与均匀性试验相同的FGA,试验布置见图A.7。FGA以计轴器传感器的中心点为中心，沿X轴和Y轴移动。FGA沿X轴移动时测量X轴和Z轴上的磁场分布，FGA沿Y轴移动时测量Y轴和Z轴上的磁场分布。最恶劣轨道顶端和FGA的距离为150mm(车载磁场干扰源的最小间距)。-X₁+x₁负X轴一产生磁场的FGA监测系统轨道信号发生器(主动)放大器幅值控制频率控制图A.7非均匀性磁场试验的布置A.1.5.3试验信号选用正弦波作为试验信号，且采用均匀性试验效果最明显的频率值。A.1.5.4试验程序试验前应确认试验布置的所有部分(包括干扰源、监测系统和EUT)工作正常。GB/T28807.3—2017按下列步骤进行试验：a)将信号发生器的频率设定为均匀性磁场试验中计轴器最敏感的频率。c)提高干扰信号强度(不宜大于均匀性磁场试验阈值)。d)5s内缓慢地将FGA左移X₁长度，检查计轴器探头是否产生一路或两路干扰脉冲(功能试e)功能试验通过后，测量沿X轴分布的磁场强度Bx(X)和Bz(X)以确定FGA在X坐标中的敏感位置。通过监测系统(MA,SSS)测量这些磁场分量，再计算相关分量的最大值Bx,max(X)和Bz,max(X)。测量时应排除EUT。f)计轴器抗扰度文件中应以图表形式记录相关参数：试验频率、沿X轴分布的磁场强度Bx(X)和Bz(X)[包括Bx,max(X)和Bz,ma(X)]。对于FGA沿Y轴(在轨道平面与X轴垂直的轴)移动，相应地执行类似程序[Bx(X)变为Br(Y),Bz(X)变为Bx