关于工频谐波对轨道电路电压波动解决方案的研究

2018-07-06王雷

铁路通信信号工程技术 2018年3期

关键词：轨面轨道电路区段

王雷

（中国铁路上海局集团有限公司上海高铁维修段，上海 200439）

1 现场问题概述

国内某站内多个ZPW-2000A区段主轨出电压监测曲线有波动现象，并已持续数月,站内部分区段示意如图1所示。以该站6G区段（载频2 000 Hz）主轨出电压监测曲线为例，如图2所示（其他波动区段曲线类似）。

现场工作人员已更换过全部的室内外设备，但其主轨出电压均无明显改善。

2 数据采集分析

2.1 电压波动谱线分析

为分析6G电压波动原因，使用ME2000P波形记录仪，采集24 h内6G室内电缆侧接收、发送端和主轨出电压。在天窗点内02：46，采集电压波动数据，并对其频谱分析，如图3所示。

从图3中可以发现，在天窗点时，6G电缆侧送受端、主轨出电压都存在较大的4 050、4 150、4 250、4 350 Hz奇次谐波信号；在其他时间段，轨道电路波动时也采集到类似的奇次谐波信号。

如表1所示，根据采样定理可知该奇次谐波中的4 150 Hz信号干扰可以混叠到6G自身的2 000 Hz载频，当干扰频率幅度增大，混叠越严重，轨出电压波动越大。

表1 可混叠高频频率

通过案例分析可知，站内6G的电压波动是来自轨面电压的奇次谐波混叠其自身载频造成的。

2.2 谐波来源

动车刚进入股道时，由于动车组轮对泄流，所以能够在室内采集到泄流信号。如图4所示，动车组在压入和驶出股道机械绝缘节时，ME2000P设备能够采集到轨面电压的波动。

分析该时间段内的频谱，如图5所示。

图5中的动车泄流时谐波谱线为4 450～5 550 Hz，其特征与天窗点采集到的6G电压波动频谱特征不同。根据上述分析，总结出如下特征：

1）该站内无动车组运行时，6G有电压波动现象，原因是4 150 Hz的牵引谐波导致；

2）该站内有动车组运行时，动车组泄流的牵引谐波特征与天窗点6G电压波动时的谐波特征不同；

3）6G的送受端电缆侧同时采集到幅值相近的干扰谐波。

根据上述特征可以得出：4 150 Hz牵引谐波干扰信号导致6G电压波动。

3 分析与测试

牵引谐波来源于牵引供电系统和机车负载电压电流波形畸变，导致机车泄放的牵引电流中谐波分布和含量发生变化。牵引电流经接触网由受电弓流入机车，再通过机车的泄流轮对流入两条钢轨。由于现场中两钢轨的阻抗不会完全相同， 4 000 Hz高频信号的差异会更加明显，导致钢轨中牵引电流不同，从而产生差模电流。差模电流和受端阻抗形成受端轨面电压传至室内接收设备。

根据前文数据和谱线分析，该站内多区段轨道电路电压波动均为4 000～4 500 Hz的高频奇次牵引谐波导致。

由于机械空心线圈能够有效抵消高频信号产生的轨面电压，这也是区间无谐波干扰的原因之一。因此，本文提出解决方案，将站内一体化轨道电路的室外轨旁设备更换为区间机械绝缘节设备。

在天窗点，将6G站内室外匹配变压器BPLN替换成调谐匹配单元PT和机械空心线圈SVA。更换设备完毕后，向6G轨面通入50～4 450 Hz干扰信号，在接收设备上测试干扰电压，结果如表2所示。