牵引供电系统对铁路信号系统的电磁干扰分析

2015-02-02温小林

中国新技术新产品 2015年3期

胡帅温小林

（内蒙古呼和浩特铁路局包头电务段乌拉特前旗车间，内蒙古巴彦淖尔 014400）

铁路信号系统是铁路的组成部分之一，具有十分关键的作用，并直接关系到列车运行的安全和有效。铁路机车电力牵引是目前较为理想的一种牵引方式。但是这种牵引供电系统对铁路信号却是非常强的一个干扰源，如果缺少抗干扰措施，将极易造成信号设备的烧毁、影响运输，甚至输出错误信号，导致安全事故等。

一、牵引供电系统电磁干扰进入铁路信号系统的途径

电磁干扰指的是一种电磁现象，能够导致设备、系统的性能降低，电磁干扰包括了两种形式，即辐射干扰与传导干扰。辐射干扰将干扰源通过空间对电网络进行干扰，而传导干扰则是通过导电介质干扰电网络的。辐射干扰的辐射传输途径即是通过辐射介质，以电磁波形式进行传播的，按照电磁场的规律使干扰信号在空间发射，包括了对电子、电器设备产生的电磁辐射；牵引电流对机车电动机产生电磁噪声，干扰信号传导到机车信号电子设备，或者不平衡牵引电流沿着轨道进入信号设备；牵引电流对邻近电缆线路感应出干扰电流或电压等。在传导干扰中，传导传输的途径即是在干扰源、敏感器间的电路中传递，包括导电构件、电源、电阻、电容等等，干扰信号通过连接电路到达敏感器，进而发生干扰。

二、电磁干扰的方式

（一）电流回流时产生的传导性干扰。铁路信号系统的信号设备通过装设在双轨条轨道电路的扼流变压器与钢轨进行连接，理想状态下，牵引电流在变压器的线圈中的总磁通量为零，此时牵引电流不会对信号设备产生影响。但是在实际运行中，两轨的牵引电流不等，因此磁通量不为零，所以产生电流不平衡的干扰电压，这种干扰电压的存在极易造成轨道电路元件的故障。通常情况下，轨道电路的设计中牵引电流的不平衡系数不应超过5%。此外，另一个造成电流回流的原因为工程设计，由于列车重载、双机牵引和提速使原设计中的扼流电压器的电容不够，从而造成轨道电路的熔断，变压器、电缆的烧毁等。

（二）运行中的感应干扰。这种感应干扰是在机车运行时，电力系统对轨道产生的干扰。当电网发生波动、电机发生升弓时电压波就会产生畸变，当其中的高次谐波感应到电路中，就会造成控制信号相位的变化，导致信号继电器发生错误吸起，这种错误的吸起属于一种危险的状态，同时高次谐波感应电流还会造成轨道电路显示列车某个区间轨道继电器错误落下，但轨道继电器并未落下。这种感应干扰使铁路信号系统丧失了安全作用，导致该区间列车不能够进行正常的运行。此外，电磁场由于接触网与轨道电流较大（400A），而增大，使得线路信号设备应力的增大，从而使故障率增加。

（三）辐射、电磁感应干扰。铁路信号系统的辐射、电磁感应干扰包括了对闭塞电子设备、信息传输通道连锁计算机部分干扰。由接触网产生的电磁场经辐射等形式在信息的传输通道上产生感应电动势，增强随机噪声，从而使铁路信号的正常传输受到影响。此外，牵引电流发生急剧的变化，就会产生如相位抖动、脉冲噪声、信号突跳、中断的瞬时突变干扰，使信息输出错误。

（四）电火花脉冲与谐波干扰。谐波干扰分为电力系统本身产生与机车斩波器分段电流产生的谐波干扰两种。由于大功率电子开关元件的应用，铁路机车采用斩波器控制，因此具有较高的效率和可靠性，但是大电流依靠斩波器进行分判，就会产生大量的谐波。电火花与谐波干扰即是大电流电路被切断或者电流突然增大产生电火花，瞬时电流的大变化就会产生很强的电磁干扰。这种电磁干扰会造成轨道继电器的错误吸起、落下，监测信号异常，控制台、微机监测系统显示器的木纹、网纹干扰和图像的破坏等。

三、抗干扰应对策略

为了达到减少牵引供电系统对信号系统的电磁干扰的目的，应从牵引供电系统本身着手，可通过三个方面的措施来实现。首先，选择合适的设备。供电系统的供电方式尽量选择AT、BT等方式，提高牵引供电回路的对称性，减少接触网感应电流影响；同时还可在牵引变电所中安装并联电容补偿装置，降低谐波的干扰；采用合适的机车类型，在机车上安装滤波装置等。其次，采取合理的工程措施。在进行直供方式供电时架设架空回流线，使回流电流经架空线回到变电所，提高供电回路的对称性。在设有轨道电路的区段，应避免横向等电位连接线与轨道的连接，增设扼流变压器。此外，对牵引供电系统进行合理的设计。牵引电流回流线应与行车室、信号机房应保持15m以上的距离。牵引变电所的吸上线应设置两处，吸上线每增加一台扼流变压器，就需要减少轨道电路极限长度的200m。并按照相关规定和要求在电力牵引区段设计PW保护线接向轨道。