机车车辆与轨道电路的兼容性标准研究

史宏飞 孙国营

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

史 宏 飞 ,男 ,硕士毕业于北京理工大学，工程师。主要研究方向为轨道电路。

1 概述

随着我国第六次铁路大提速的实施及高速铁路的不断开通运营，列车运行速度和密度不断提高，车载信号设备对于电码化信息的各项参数的要求日趋严格，对轨道电路安全性与稳定性要求也越来越高。轨道电路受到的干扰将直接影响轨道电路设备运行的稳定，从而影响到列车运行安全。

轨道电路利用发送到轨道上的窄带信号来检测列车占用状态，同时向车载设备提供地面轨道电码化信息。轨道作为轨道电路的信号传输通道，同时也作为重要的牵引电流回流通道，包含有大量的机车车辆的干扰信号，其对轨道电路的正常工作构成了严重威胁。因此有必要对机车车辆和轨道电路系统的兼容性进行研究。

ZPW-2000A系列轨道电路作为我国轨道电路的推荐制式，在既有线及新建高速铁路中广泛使用。ZPW-2000A轨道电路遵循的不平衡牵引电流基波和谐波抗扰度技术要求为：牵引电流1 000 A、不平衡系数10%，即不平衡电流100 A，谐波的具体分布遵循标准《TB/T 3073-2003铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值》。

标准《TB/T 3073》中的谐波的具体分布是根据我国早期的韶山机车的干扰特性而制定的。而随着我国高速铁路的发展，利用引进技术生产的CRH系列动车组及HX系列电力机车已陆续投入使用，并在逐步取代现有车型。这些动车组及机车普遍采用了“交-直-交”传动系统，整流部分为四象限PWM 整流器，其电路拓扑和电气特性与以往的韶山系列电力机车有着明显不同。实测结果表明，其网流中的3、5、7 等低次谐波含量显著减少，但谐波频谱变宽，通常在1～10 kHz范围都存在可测谐波电流[1]。CRH某型动车组牵引工况下网流谐波分布如图1所示。

因此用标准《TB/T 3073》约束机车车辆的干扰显然是不合适的，事实上我国对机车车辆和轨道电路系统兼容性的问题尚未有统一的标准进行约束，机车车辆和轨道电路设备往往遵循各自的行业标准，未能有很好的衔接。

2 《CLC/TS 50238-2:2010》标准

因此本文将介绍欧洲关于这一兼容性问题的标准——《CLC/TS 50238-2:2010轨道交通 机车车辆与列车检测系统的兼容性 第2部分：与轨道电路的兼容性》。

标准《CLC/TS 50238-2:2010》为保障机车车辆与轨道电路之间的兼容性，规定了机车车辆产生的干扰电流的限值要求以及验证机车车辆满足这些限值要求的测量方法。

2.1 测量方法

备注：冷通道—牵引单元和电源间经轨道形成的回流通道。

热通道—电源与牵引单元之间牵引电流通道。

Iother—在其他列车受电弓上测量到的电流。

IReturn—在被试列车的受电弓上测量到的电流。

SEval—用规定的评估方法处理的干扰信号。

STrc—由被试列车形成并在轨道电路接收端出现的实际干扰信号。

UTrc—列车占用时轨道电路接收端测量到的电压。

图2给出了一个干扰测量的系统配置图。利用测量仪器从被试列车的受电弓上测量电流IReturn，并选择合适的评估方法对IReturn进行评估，以验证机车车辆的干扰强度。

2.2 评估方法

评估干扰强度的方法主要有时域和频域分析两种。

频域分析：利用快速傅立叶变换对电流进行谱分析，侧重于通过观察试验频谱，快速识别被试列车功能正常与否，并与干扰电流限值实时比对。

时域分析：对各轨道电路采用带通滤波器进行实际RMS测量，侧重于评估机车与具体轨道电路频带的兼容性。

图3给出了时域分析的示例。

2.3 兼容性试验准则

兼容性试验应在最恶劣的运行条件（正常模式和降级模式）下，验证列车是否满足规定的干扰电流限值要求。

其中被试列车应包括以下配置：全部设备关闭、只运行辅助设备、正常配置下的牵引、运行过程中所有可能发生的降级模式（例如一个或多个变流器停止工作）、测试过程中被试列车出现故障并且不考虑故障后果，具体见标准《CLC/TS 50238-2:2010》。

另外被试列车应在下列运行条件下进行测量试验：

1）车辆静止时启机再关机；

2）不同干扰条件下以多个速度运行。建议至少选取可能导致最恶劣干扰电流的3个条件：电流最大时的正常速度、允许的最高速度（Vmax）、被试车辆预期电流曲线中任意一点；

3）通过交流或直流供电系统的无电区；

4）用100%和50%的可用牵引力或最大功率进行加速和减速；

5）试验应覆盖可能产生最恶劣干扰的条件并尽量产生最恶劣干扰，具体参见标准《CLC/TS 50238-2:2010》。

2.4 干扰电流限值

标准《CLC/TS 50238-2:2010》给出了欧洲在用的主要轨道电路制式对机车车辆的干扰电流限值要求。该限值根据预期可能发生的最坏失效条件（例如轨道电流不平衡、轨道或接续线的损坏），结合轨道电路自身电气特征来制定。

表1为UM71C干扰电流限值要求。

表1 UM71C、ZPW-2000A干扰电流限值

3 某型动车组兼容性测试结果

表2给出了某型动车组的谐波测量值，可看出该次测试中：

1）1 700 Hz、2 000 Hz、2 300 Hz、2 600 Hz 4个频带内的干扰电流值小于0.3 A，符合ZPW 2000A轨道电路兼容性要求；

2）1 500～3 000 Hz（除4个90 Hz频带）的干扰电流大于3 A，不符合ZPW-2000A轨道电路兼容性要求。

因此该型动车组不符合ZPW2000A轨道电路兼容性要求。

表2 CRH某型动车组牵引工况下干扰电流测量值

4 结束语

本文介绍了欧洲关于机车和轨道电路兼容性问题的标准，列举了其测量结构、评估方法、兼容性试验准则、干扰电流限值，并给出了某型动车组针对ZPW-2000A轨道电路的兼容性测试结果。

该标准有助于提高机车和轨道电路的兼容性，有利于轨道电路的稳定运行，对保障铁路安全运行有重要意义。

[1]盛彩飞．交流机车及动车组网侧谐波的分析与仿真[C]. 2008年中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会．杭州：中国电工技术学会，2008.

[2] CENELEC. CLC/TS 50238-2 Railway applications-Compatibility between rolling stock and train detection systems-Part 2: Compatibility with trac k circuits[S].2010.