沖擊電流對UM71移頻軌道電路的影響與分析

【摘要】? ? Um71無絕緣移頻軌道電路被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)朔黃線等重載鐵路，提高了運輸效率。近年來朔黃線運量攀升，列車重量及列車速度增加，電力牽引電流也隨之增加。牽引電流對信號設(shè)備造成的影響也隨著增大，成為影響運輸?shù)牟焕蛩亍１疚闹饕獜姆窒鄥^(qū)沖擊電流對Um71移頻軌道電路造成的影響進行分析。

【關(guān)鍵詞】? ? 沖擊電流? ? 分相區(qū)? ? Um71移頻軌道電路? ? 干擾? ? 措施

引言：

朔黃線是西煤東運的電氣化重載鐵路，區(qū)間采用Um71無絕緣移頻軌道電路，近年來運量不斷攀升，列車重量及列車速度增加，電力牽引電流也隨之增加。牽引電流對信號設(shè)備造成的影響也隨著增大，成為影響運輸?shù)牟焕蛩亍Ｓ绕涫钱?dāng)車列通過牽引供電分相區(qū)，進行降弓、升弓操作時，產(chǎn)生巨大沖擊電流，造成Um71軌道電路低頻亂碼及閃紅。本文結(jié)合近年來現(xiàn)場檢修和故障處理經(jīng)驗，從四個方面對分相區(qū)沖擊電流干擾Um71軌道電路問題及解決方案進行簡要探討。

一、牽引供電分相區(qū)沖擊電流對Um71移頻軌道電路的干擾分析

（一）室外分析情況

以朔黃鐵路滄州西至李天木區(qū)間下行線D2G1區(qū)段的牽引供電分相區(qū)為實例對分相區(qū)沖擊電流干擾Um71移頻軌道電路進行分析測試。本次測試地點包括室內(nèi)和室外，室內(nèi)測試D2G1分線盤回樓電壓、接收器V1V2 電壓及陷入電壓，同時對D2G2限入電壓進行測試。室外測試兩條鋼軌電流、總電流及軌面電壓。另外還對相鄰的IBG鋼軌電流進行測試。測試持續(xù)時間為全天24小時。

電力機車剛壓入D2G1，此時記為0時刻，對應(yīng)圖1中的1位置，此時軌面電壓變小。38.5s后機車剛過分相區(qū)，進行升弓操作，此時對應(yīng)圖1中的2位置，此時出現(xiàn)較大脈沖電流。66s后，機車行駛至距離D2G1起點904.9m處，此時對應(yīng)圖1中的3位置， 此時軌面電壓發(fā)生波動，出現(xiàn)低頻亂碼現(xiàn)象。機車繼續(xù)行駛，軌面電壓波動，先衰減然后增大，此時對應(yīng)圖1中的4位置。機車出清D2G2，此時對應(yīng)圖1中的5位置，此時軌面電壓明顯增大，D2G2和D2G1發(fā)送器正常工作。

由以上分析可知，電力機車剛壓入D2G1區(qū)段后分路正常;但在經(jīng)過分相區(qū)后，產(chǎn)生峰值超過250A的沖擊電流。

經(jīng)過分相區(qū)沖擊電流后，在第3和第4階段，軌面電壓出現(xiàn)異常升高，峰值超過500mV，這也是引起室內(nèi)低頻亂碼和閃紅的源頭。

（二） 室內(nèi)分析情況

D2G1區(qū)段室內(nèi)回樓電壓CH1、接收器V1V2電壓CH2、限入電壓CH3如圖中黃色（如圖2）波形基本一致。限入電壓在第一次波動時，電壓峰值達到1.5V， 第二次波動時峰值電壓超過2V。超過Um71軌道電路的可靠工作值130mV，其成分為非調(diào)頻信號，造成D2G1亂碼和閃紅。

二、減少分相區(qū)沖擊電流干擾及防干擾的有效措施

由于電力機車通過分相區(qū)，升弓操作形成沖擊電流，造成UM71軌道電路電壓波動，殘壓升高，且其主要成分是1750Hz，與該區(qū)段載頻一致，從而影響接收器工作，引起低頻亂碼和閃紅。結(jié)合近年來現(xiàn)場檢修和故障處理經(jīng)驗，通過以下措施減少分相區(qū)沖擊電流對Um71軌道電路的干擾，保證Um71軌道電路正常運行。

（一）從牽引供電角度分析解決

從牽引供電角度分析，經(jīng)勘察在D2G1受端，設(shè)置有牽引供電吸上線和橫連線，牽引回流相對集中，改進措施為：

1.可以調(diào)整分相區(qū)設(shè)置，將分相區(qū)移出受干擾嚴重的區(qū)段。

2.改變吸上線位置，將吸上線位置移到D2G2等受干擾較少的區(qū)段，由于UM71軌道電路采用電氣絕緣方式，空心線圈SVA可有效起到平衡牽引電流、提高電氣絕緣節(jié)Q值和阻抗值，中心連接線可平衡兩線路間牽引回流，能有效減少受沖擊電流干擾的影響。

（二） 從信號設(shè)備角度分析解決

從信號設(shè)備角度分析，根據(jù)UM71軌道電路原理，發(fā)送器經(jīng)放大后產(chǎn)生功率為30-70W的移頻信號，選擇不同發(fā)送器輸出等級KEM可調(diào)整發(fā)送器功出電壓及功率。再根據(jù)電功公式W=U^2 *t /R在相同負載相同時間情況下，升高電壓可有效提高輸出電功及發(fā)送器輸出能量。根據(jù)現(xiàn)場實際檢修經(jīng)驗適當(dāng)增加發(fā)送器輸出能量可有效減少UM71軌道電路受沖擊電流干擾的影響。發(fā)送器輸出等級KEM分為1-9級別，采用不同的連接方式，可得到15.8-142V的輸出電壓。按照發(fā)送器電壓調(diào)整表通過調(diào)整發(fā)送器后部端子的連接情況，調(diào)高功出電壓，增加發(fā)送器輸出能量，有效減少沖擊電流對UM71軌道電路的干擾。

三、案例分析

2021年3月17日朔黃鐵路定州西站電務(wù)人員調(diào)閱微機監(jiān)測數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)定州西至新曲區(qū)間下行線D1G1區(qū)段接收器限入電壓、低頻信息異常波動（圖3）。經(jīng)檢查該區(qū)段室內(nèi)發(fā)送器功出電壓、載頻及低頻信息正常。發(fā)送端設(shè)備正常，接收端設(shè)備異常波動，初步懷疑可能是室外進站口和分割點區(qū)間設(shè)備異?；蜻M站口、分割點橫向連接線存在問題或室內(nèi)接收器不良造成波動。

經(jīng)過工隊人員對室外調(diào)諧匹配單元、空心線圈、橫向連接線、電源引接線;室內(nèi)模擬網(wǎng)絡(luò)、接收器、繼電器、防雷元件逐一檢查試驗后、排除了上述可能影響的原因。經(jīng)過細致的檢查發(fā)現(xiàn)定州西至新曲區(qū)間下行線D1G1區(qū)段K317+938KM處，接觸網(wǎng)桿371#-375#間為牽引供電分相區(qū)。由于電力機車升、降弓產(chǎn)生的沖擊電流造成大量無用能量混入現(xiàn)場UM71軌道設(shè)備，對該區(qū)段接收器限入電壓和低頻信息造成較大干擾。

工隊針對此問題將D1G1發(fā)送器發(fā)送等級提高兩檔，目前是2檔，連接情況為11連5、12連3，功出31.8V。調(diào)整為4檔，連接情況為11連5、12連1，功出62.8V。提高功出能量，減少沖擊電流對設(shè)備的干擾，有效改善了D1G1接收端限入電壓、低頻信息的質(zhì)量。整治后限入電壓、低頻信息曲線正常，設(shè)備運行狀態(tài)穩(wěn)定（圖4）。

四、有效防止沖擊電流干擾移頻軌道電路的創(chuàng)新構(gòu)想

硬件方面，由于沖擊電流的干擾本身并沒有低頻信息，也不是FSK信號，通過改進接收器硬件消除干擾。接收器硬件設(shè)計上利用干擾抑制技術(shù)，即在軌道電路接收端對信號調(diào)制解調(diào)之前，采用限幅器和濾波器對沖擊電流的干擾進行防護，減少干擾。另外考慮到受干擾區(qū)段接收端為普通調(diào)諧匹配單元，在沖擊電流影響下，其阻抗特性易發(fā)生變化，建議更換新型調(diào)諧匹配單元，提高有效阻抗，使設(shè)備阻抗特性穩(wěn)定，減少沖擊電流對信號設(shè)備的干擾。有效防止沖擊電流干擾移頻軌道電路。

軟件方面，利用軟件技術(shù)提高軌道電路的抗干擾性能。在軟件設(shè)計中采用頻譜分析及相關(guān)技術(shù)，在頻域剔除外界信號的干擾。利用FSK信號和干擾頻譜特征進行模式識別，濾除混入信號通道內(nèi)的干擾成分。減小沖擊電流對移頻軌道電路干擾。

作者單位：安永衛(wèi)? ? 朔黃鐵路肅寧分公司

參? 考? 文? 獻

[1]林瑜筠.電氣化鐵路信號設(shè)備[M].中國鐵道出版社， 2006.

[2]李學(xué)武.電氣化鐵路牽引供變電技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社， 2021.