軌道電路產生鄰線干擾的原因分析綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u12377軌道電路產生鄰線干擾的原因分析綜述 1147131.1ZPW-2000A型軌道電路的基礎結構及其原理 135611.2ZPW-2000A型軌道電路鄰線干擾的分類分析 31.1ZPW-2000A型軌道電路的基礎結構及其原理ZPW-2000A型軌道電路我國高速鐵路上目前被廣泛的投入使用。它是在利用法國的鐵路公司所研制的UM71型移頻軌道電路的各項優點的基礎上，通過我國自主進行一系列的技術改革和技術創新后研制出來的。ZPW-2000A型軌道電路，是通過電氣絕緣節，來實現相鄰軌道電路區段的信號隔離以及本區段信號的可靠傳輸的。ZPW-2000A型軌道電路的結構如圖1.1所示。圖1.1ZPW-2000無絕緣軌道電路的結構圖在圖1.1中，△是補償電容步長。ZPW-2000A型軌道電路的主要組成部分是調諧區、衰耗冗余控制器、補償電容、防雷模擬網絡、發送器、傳輸電纜、鋼軌等。接收器的主要作用是對那些經過衰耗冗余控制器處理以后的軌道電路信號進行譯碼和解調。防雷模擬網絡盤的主要作用是防護通過電纜引入室內的雷電沖擊。補償電容的組成部分是電容器、塞釘以及其電容器和鋼軌之間的連接線，它的主要作用是平衡鋼軌在軌道電路信號傳輸中展現的高感抗性，并增加軌道電路的傳輸距離，提高它的性能。調諧區的組成部分是調諧單元BA1、調諧單元BA2、空芯線圈SVA及29m鋼軌。補償電容的設置數量，由軌道電路的長度以及信號載頻等等因素來確定。發送器的主要作用是發送高穩定、高精度的軌道電路信號。目前，匹配變壓器和調諧單元已經從分離式結構變為一體式的結構，現在叫調諧匹配單元。匹配變壓器的主要作用是實現軌道電路和傳輸電纜的匹配連接以及電壓調節，它的匹配變比是需要根據具體條件確定的，調諧區的原理如圖1.2。圖1.2ZPW-2000無絕緣軌道電路調諧區原理圖目前，ZPW-2000軌道電路的移頻信號載頻主要是有1700Hz（-1型、-2型）、2000Hz（-1型-2型）、2300Hz（-1型、-2型）以及2600Hz（-1型、-2型）。-1型的意思是中心載頻加1.4Hz，-2型的意思是中心載頻減1.3Hz。車載設備在解調的時候主要是針對1700Hz，2000Hz，2300Hz和2600Hz這四種信號頻率。其中，載頻2000Hz（-1型、-2型）和2600Hz（-1型、-2型）主要是用于下行線路，載頻1700Hz（-1型、-2型）和2300Hz（-1型、-2型）主要是用于上行線路，且兩者會采用“載頻交叉”的方式進行配置，即1700Hz（-1型、-2型）和2300Hz（-1型、-2型）交叉配置，2000Hz（-1型、-2型）和2600Hz（-1型、-2型）交叉配置，值得注意的的是-1型、-2型也是需要交叉配置的。在圖1.2中，兩元件的F1型調諧單元BA1是由兩種元件組成的，一個是電容原件C1，另外一個是電感原件L1，三元件的F2型調諧單元BA2則有所不同，是由兩個電容原件C2、C3以及另外一個電感原件L2組成的。其中，BA1對1700Hz和2000Hz的信號載頻會表現為極阻抗，也就是相當于斷路。而BA1對2300Hz和2600Hz的信號載頻則會表現為零阻抗，也就是短路。此外，BA2對2300Hz和2600Hz的信號載頻會表現為極阻抗，對1700Hz和2000Hz的信號載頻則會表現為零阻抗。所以，當調諧區正常工作時，時可以對防止相鄰區段的信號載頻越過絕緣節起到有效的作用的，可以直接傳輸到本區段造成一定的干擾。空芯線圈SVA的主要作用是平衡牽引電流，其次是為了保護維修人員的安全。在現場實際中，每間一定的距離，都會將上下行線路的SVA中間抽頭連接起來并接地，此外，SVA還有改善調諧區的品質因數的作用。為了保證列車能連續準確的接收到來自地面方向的列車運行控制信息，一部分新建的線路和既有線改造線路也將ZPW-2000A型軌道電路用于站內，也就是一體化軌道電路方案。但當ZPW-2000軌道電路真正用于站內時，因為站內線路的特殊性，調諧區需要做出改變，變為基于機械絕緣節的方式。機械絕緣節可以分為1700，2000，2300及2600四種型號。機械絕緣節主要是由機械絕緣節空芯線圈SVA以及相應的調諧單元并聯構成的，值得注意的是調諧單元應該選擇對本區段軌道電路的信號載頻呈現零阻抗特性的這種類型，構成本區段軌道電路信號的傳輸通道ZPW-2000站內一體化軌道電路結構如圖1.3所示。圖1.3ZPW-2000站內一體化軌道電路的結構圖如圖1.3所示，為了滿足區間ZPW-2000無絕緣軌道電路和ZPW-2000站內一體化軌道電路有著相同的傳輸長度，SVA的阻抗的值是會根據29m調諧區在四種不同載頻下的綜合阻抗值分別設計的。區間匹配變壓器和站內匹配變壓器是有區別的，它們的區別在于匹配變比不同。帶有適配器的扼流變壓器主要用于站內軌道電路的相鄰軌道區段之間，它的作用是牽引回流，用來降低不平衡的牽引電流對軌道電路的干擾，也就是提高軌道電路的抗干擾能力。在圖1.2和圖1.3中，傳輸電纜的長度在既有線ZPW-2000無絕緣軌道電路中一般是為10km，而在客專中傳輸電纜的長度應為7.5km。1.2ZPW-2000A型軌道電路鄰線干擾的分類分析ZPW-2000A型軌道電路干擾主要分為耦合干擾以及傳導干擾。耦合干擾信號是指在同頻的軌道電路中兩根鋼軌間的電容耦合、道砟電阻形成的電流傳導以及電感耦合這三種方式重疊而來的耦合的，其中以電感耦合為主要耦合方式。傳導干擾形成的原因是扼流變壓器引接線的故障以及鋼軌斷軌等線路不對稱所形成的故障，且傳導干擾所產生的干擾信號主要是沿軌道電路的橫向連接線進行傳播的。而耦合干擾即便是在區間線路和軌道電路在處于正常運用狀態下也是有可能產生的。當本線路收到來自鄰線的同頻軌道電路的耦合干擾信號時，此時，習慣將本線軌道電路稱為被串回路，而稱鄰線的軌道電路為主串回路。本論文將對同頻軌道電路的耦合干擾進行重點定量分析。ZPW-2000A型軌道電路所產生的的鄰線干擾問題是指當出現多線并行時，本線路的軌道電路上的接收器或者在本線路上運行列車的車載設備，接收到來自相鄰線路軌道電路的干擾信號的情況。在進行分析時，將稱被干擾的線路為被串回路，相應的稱相鄰線路為主串回路。鄰線干擾的原理如圖1.4。圖1.4ZPW-2000軌道電路鄰線干擾原理如圖1.5所示，軌道電路5處于調整態，軌道電路1處于分路態，如果產生自軌道電路5的干擾信號對軌道電路1產生鄰線干擾時，有可能會出現兩種后果。其一，車載設備有可能會在接收到軌道電路1的信號的同時，又收到來自另外一條軌道軌道電路5的干擾信號，當這種干擾信號的幅值達到某一閾值時，機車信號主機將有可能會給出不恰當的行車指示，以至于最終會影響行車效率，甚至會造成安全事故。其二，還有可能造成處于分路狀態的軌道電路1會產生有較大幅值的軌道電路信號電流到接收器1，也就是列車的車輪對短路的效果不明顯，進而導致軌道電路1的軌道繼電器不正常吸起，信號燈1也會升級顯示，由亮紅燈變成亮綠燈，后方的列車也將錯誤地認為軌道電路1處于空閑狀態從而駛入軌道電路1，最終引起追尾等事故，存在很大的安全隱患。通過查閱資料得知，造成鄰線干擾問題的原因主要包括傳輸電纜之間的串擾和耦合干擾，而耦合干擾則包括鋼軌間的電感耦合、電容耦合及道砟電阻漏泄傳導耦合和空間電磁場耦合這三種耦合。并且，因為ZPW-2000A型軌道電路大部分會采用SPT數字電纜作為它的傳輸電纜，當按照相應的規范進行使用時，可以有效的避免電纜之間的串擾。所以，可以看出，造成鄰線干擾的主要因素是耦合干擾。1.1.1電感耦合在移頻信號通過鋼軌在軌道電路中進行傳輸時，鋼軌與鋼軌之間就會相互產生電磁感應的現象。由于軌道電路中的信號電流是隨時間而不斷變化的，就如圖1.5所示，在主串回路即軌道電路1中的信號電流發生變化的時候，被串回路也就是軌道電路5中就會有相應的感應電壓形成，同理，在軌道電路5中有信號電流流過時，同樣也會在軌道電路1中形成相應的感應電壓。在被串回路中的感應電壓，可以等效理解為一個電壓源，串聯到被串回路中對被串回路形成一定的干擾。電感耦合的原理如圖1.5所示。圖1.5鋼軌間的電感耦合原理為了便于后續的分析，把主串回路中的鋼軌稱為為鋼軌1和鋼軌2，同樣，把被串回路中的鋼軌稱為鋼軌3和鋼軌4。利用法拉第電磁感應原理進行思考可知，假定被串回路鋼軌3上的互感電壓是U3，而被串回路鋼軌4上的互感電壓是U4，主串回路鋼軌1中的信號電流是I1，I2是主串回路鋼軌2中的信號電流，I1和I2的相位相反，則可以得到以下式子：U3=I1M13+I2M23(1.1)U4=I1M14+I2M24(1.2)在這兩個式子中，M13、M14、M23、M24分別是對應的鋼軌之間的互感系數，H。根據法拉第電磁感應原理可知，當回路中的電流變化的越快時，產生的互感電壓就會越大。主串回路和被串回路之間的線間距的大小同樣也會對產生的互感電壓造成一定的影響。1.1.2電容耦合電容耦合是指當主串回路中的電壓發生變化時，所產生的能量會通過兩條回路間的互容耦合到被串回路中，從而干擾被串回路。因為在軌道電路中，移頻信號是通過鋼軌急性傳輸的，所以，當鋼軌上有電流通過時，主串回路和被串回路的鋼軌之間就會相當于形成了許多的平行板電容器，這些電容器在電場的作用下就會對被串回路造成一定的干擾。電容耦合原理如圖1.6所示。圖1.6鋼軌間的電容耦合原理如圖1.6所示，C14是鋼軌4和鋼軌1之間的電容，F；C13是鋼軌3和鋼軌1之間的電容，F；C23是鋼軌2和鋼軌3之間的電容，F；C24則是表示鋼軌4和鋼軌2之間的電容，F；Rf是主串回路中的負載電阻，Ω；Rg，是單位長度的鋼軌的內阻，Ω/m。當詳細計算一定長度的鋼軌內阻時，是需要確定在該長度內所包含的鋼軌接續線的個數的，同時需要將鋼軌接續線的電阻也計算在內。1.1.3道作電阻漏泄傳導在軌道電路中的信號電流通過鋼軌進行傳輸時，因為各種因素的影響，兩根鋼軌之間必定會存在一定的電位差。此時，鋼軌中的信號電流就會通過道砟而漏泄到另一根鋼軌上，也就是會形成電流漏泄的通路。當處于雙線并行的情況時，主串回路、大地、被串回路之間就會形成許許多多并聯的漏泄通路，這會造成信號電流通過道砟從而漏泄傳輸到相鄰的軌道電路中，最后便造成了鄰線干擾。當遇到雨雪天氣時，道砟電阻就會降低，從而導致鄰線干擾問題將會變得更加的嚴重。道砟電阻漏泄傳導原理如圖1.7所示。圖1.7道砟電阻漏泄傳導耦合原理在圖1.7中，R11、R22是鋼軌1和鋼軌2之間的道砟漏泄電阻，Ω/m；R33、R44則是表示鋼軌3和鋼軌4之間的道砟漏泄電阻，Ω/m；C11、C22表示鋼軌1和鋼軌2之間的道砟漏泄電容，F；C33、C44表示鋼軌3和鋼軌4之間的道砟漏泄電容，F.在對電感耦合、電容耦合及道砟電阻漏泄傳導耦合的原理進行詳細分析后，可以得到鋼軌單元綜合耦合的效果原理，如圖1.8所示。圖1.8鋼軌單元綜合耦合效果原理圖如圖1.8所示，Lg是單位長度鋼軌的電感，H/m。此時，把圖1.8（a）中的鋼軌互容和對地漏泄綜合起來分析，并分成四部分，稱為A、B、C、D，此時如圖1.8（c）所示。A、B、C、D和Rf//Rg的部分就會構成一個更加容易求解的橋型結構，此時利用電阻的星型聯結和三角形聯結的等效變換條件以及其電阻的計算公式，可以將1.8（c）化簡為如圖1.8（d）所示的簡單的只有串并聯的結構，z表示A、B、C、D及Rf//Rg的綜合電阻。1.1.4空間電磁干擾因為ZPW-2000A型軌道電路的移頻信號在進行傳輸時是隨著時間的變化而不斷變化的，所以，當軌道電路中有信號電流在傳輸時，軌道電路的兩鋼軌間就會