工频谐波影响动车组运行问题简析

李德迎

（中国铁路南昌局集团有限公司福州电务段，福州 350013）

高速铁路信号系统工作在复杂的电磁环境中，动车组运行过程中常常接收到各种谐波干扰信号影响ATP正常工作发生故障。本文就如何优化福州南动车所的牵引回流通道设置以及对干扰源的屏蔽，最大限度降低干扰幅值来保证动车组的正常运行进行分析和探讨。

1 问题描述

因新建福平铁路需要，福州南至福州南动车所接触网供电电缆由架空改为入地，入地方式采用砼电缆槽沿1-7DG区段线路平行设置，长度为90 m左右，与钢轨最近距离为2.5 m,位置略高于钢轨面如图1所示。

电缆入地改造施工后，每天都有1～2趟CRH-200H/CRH380-300S型入库动车组运行至福州南动车所1-7DG区段时停车。经PC卡数据分析，STM收到地面载频1 700 Hz无低频的信号，ATP报STM信息不合理，VC双系故障，触发紧急制动停车和ATP输出最大常用制动停车。

2 福州南动车所基本概况

站场基本情况：福州南动车所有28股道，全站为25 Hz相敏轨道电路，进路不发码。动车所A线经 IVAG、3-5DG、3-59WG区 段 入 库；B线 经VAG、1-7DG、7-9WG区 段 入 库。1-7DG区 段 长度为73 m；73-2-24-3应答器设于D5前方65 m处。动车组B线入库停车位置如图2所示。

3 监测数据分析

3.1 监测数据分析

通过一周的动车入库进路回放和停车时间的统计分析发现，动车组在1-7DG停车发生时间基本在00:50-01:40之间，此时动车所的A、B线频繁进车。只要发生动车组在B线的1-7DG停车，A线必定也有动车组同时入库。当动车所A、B线同时进车时，在室内分线盘上用ME-2000P仪表，监测到的1-7DG干扰幅值最大（1 750 Hz频率干扰幅值达30 V）、此时过1-7DG进路的动车组停车机率最大。查看福州南动车所占用区段逻辑正常，轨道继电器吸起、落下情况、占用顺序正常，未见异常信息。

3.2 ATP数据分析

1）200H和300S动车组过福州南动车所B线，距D5前方应答器73-2-24-3 2/2约62.3～70 m处开始收到地面1 750 Hz频率的干扰信息，CF卡记录干扰信息长度28 m左右，干扰幅值范围为112～2 083 mV不等。

2）入库四种车型中只有200H和300S型的动车组会触发制动停车。经分析与200H和300S型动车组车载设备ATP处理逻辑有关：

a.200H型动车组列控车载设备ATP双系均收到无低频的工频谐波干扰信号，超10 s就会触发ATP双系报错抢权制动停车；

b.300S型动车组列控车载设备虽无幅值记录但收到工频谐波干扰信号，超10 s也会输出最大常用制动。

4 现场故障处理过程及分析

4.1 干扰源查找

1）在动车所A、B线同时进车时，用ME-2000P表测得1-7DG分线盘受电电缆侧的1 750 Hz左右谐波干扰信号幅值20 000～30 000 mV间波动。甩开1-7DG分线盘送、受电端电缆，测试室内侧无干扰信号；测试电缆侧有1 750 Hz左右谐波干扰信号且干扰电压幅值达30 000 mV左右。

2）把1-7DG室外的送、受端扼流变接至钢轨的电源线甩掉，在扼流变轨圈和信圈至室内侧测试1-7DG均无谐波干扰信号，说明干扰源与1-7DG的送、受端设备和电缆无关，来自轨面。

3）测试1-7DG和相邻的7-9WG轨面谐波干扰情况，7-9WG轨面上测不到干扰谐波；当将1-7DG和相邻的7-9WG用两纵线将绝缘节短路，7-9WG马上测到干扰信号，说明干扰源来自1-7DG。

4）联系供电段对1-7DG处落地的6根2.7 kV的电力线进行停电后，用ME-2000P表接在1-7DG分线盘上监测数据，无干扰信号电压；电力线送电后，1-7DG出现谐波干扰电压幅值达20 000 mV左右，确认1-7DG的1 750 Hz的谐波干扰信号与电力线相关。

4.2 干扰源查找分析

为进一步确定干扰源幅值大小，采用模拟动车组运行的方式对1-7DG区段轨面干扰载频信息进行测试。

测试原理：模拟动车组TCR天线的工作原理，采用机车信号感应线圈制作测试小车（轮对绝缘），两感应线圈传感器串联后同时并入2 kΩ采样电阻，使用波形记录仪测试采样电阻两端电压如图3所示。

测试方法：测试小车由区段受电端至送电端慢速推行，在小车后方1.5 m处使用0.06 Ω标准分路线分路。

1）1-7DG区段送电端和受电端干扰载频测试

从测试情况分析，1-7DG送电端1 700 Hz左右的谐波频谱的幅值大于受电端。其中距离送端0～20 m范围内接收到干扰信号最严重，轨面谐波干扰信号电压高达802 mV如图4所示。

2）用ME-2000P轨道参数测试仪在分线盘处测试到1 700 Hz左右谐波干扰信号，电压达30 131 mV如图5所示。

4.3 干扰途径的查找分析

1）福州南动车所A、B走行线上的架空回流线为非绝缘安装，该回流线与福州南站的架空集中地线相接，经确认该回流线实为架空集中地线。

2）经与信号设计确认，福州南动车所贯通地线为信号专用地线，非综合贯通地线，不能与福州南站综合贯通地线相连，实际上该地线却与福州南站贯通地线相连。

3）现场测试发现，当福州南站有动车进出站时，1-7DG轨面有1 750 Hz左右的谐波干扰幅值呈增大，高达178 mV，断开D11～D95处吸上线，干扰电压由178 mV降至55 mV。

4）电力2.7 kV供电线落地后，80 m电缆置于平行1-7DG钢轨外侧2.5 m处的砼电缆槽中，在1-7DG送端（D5信号机处）10 m的电力电缆是采用金属电缆槽（盖板为铝质）安装在边坡上，与线路平行且高于钢轨面0.7 m左右，金属电缆槽未接地，经进一步查看相关资料，铝质盖板未起到屏蔽作用。

5）采用ME 2000A测试仪对1-7DG钢轨不平衡电流进行测试记录分析，12 h内多达9次牵引电流不平衡系数超标，最高达67%，标准小于5%，如图6所示。

5 整治措施及效果

为解决福州南动车所进库动车频繁停车问题，建设、设计、施工、监理、设备管理单位和相关部门经过多次调查分析，共同确认采取以下措施。

1）采用铁皮对90 m落地供电电缆进行U型包封并将铁皮槽单端接地屏蔽，减少谐波耦合干扰。

2）取消接在架空集中地线上的吸上线（D1～D3、D11～ D95、D42～ D44处 ） 和 D11～ D95处的横向联接线，优化牵引回流通道。

3）将福州南动车所信号专用地线与福州南站的综合贯通地线断开，减少场间迂回干扰。

4）对1-7DG绝缘性能不达标的轨端绝缘进行分解，各种道岔跳线进行检查紧固，确保牵引电流平衡畅通。

通过采取以上措施，福州动车所1-7DG谐波干扰幅值明显下降,分线盘干扰电压幅值由30 131 mV下降到1 741 mV，轨面电压由最高802 mV下降到41 mV。由整改前每天1～2趟停车至整改后无动车组停车,问题得以解决。整治前、后轨面上的谐波干扰信号频谱变化如图7、8所示。

6 原因分析

1）电力2.7 kV供电线落地后由于安装位置原因，导致其牵引电流中谐波干扰信号通过磁场耦合1-7DG区段和动车组机感绕圈，加大了干扰。

2）3处吸上线与架空集中地线错误连接，牵引回流大量入地导致牵引回流不平衡。

3）福州南动车所信号专用地线与福州南站的综合贯通地线错误连接，增大了场间迂回干扰。

4）D11～D95的横线连接线，影响了A、B线牵引回流的平衡。

综合以上，福州南动车所B线入库动车组在1-7DG频繁停车原因为：牵引供电电流中的谐波信号通过磁场耦合1-7DG区段和牵引回流中的谐波干扰信号由于牵引电流不平衡被动车组机感绕圈接收，超过10 s后，输出命令导致停车。

7 进一步整改措施

1）根据设计要求对电力电缆屏蔽采用铁质“U”型槽包封整治并良好接地。

2）对与钢轨平行的电力电缆槽走向进行改造，沿片石彻面抬高斜放，使其不与钢轨平行，减弱此段磁场耦合强度。

3）对牵引电流中干扰谐波来源进行查找和分析。

8 结束语

此故障处理时间长，费时耗力。除干扰源问题本身的复杂性外，前期一直致力于电力电缆的落地屏蔽整治上，忽视动车所内站场牵引回流和贯通地线的设计上缺陷问题，导致查找方向出现偏差。所以在今后查找分析与地面相关的ATP车载设备故障时，要辩证分析，结合地面设备的实际情况，梳理各关键节点变化因素，综合分析问题才能取得较好的解决。供电设计在进行此类设计时应加强同信号设计的沟通，对大电流产生磁场对信号设备干扰进行充分论证并采取措施防止类似问题发生。

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