新建电气化铁路对既有铁路信号系统干扰影响的分析研究

齐亚娜

(铁道第三勘察设计院集团有限公司电化电信处,天津 300251)

随着我国国民经济的快速发展,铁路运量迅速增长,列车密度加大,追踪间隔时间越来越短,客运专线铁路大规模建设。新建线路的选线并行于既有线的情况较多,尤其是在枢纽地区范围内,经常出现三线、四线并行的情况。如何解决新建电气化铁路并行于既有非电化铁路时对既有信号系统的干扰影响,是信号工程设计需要解决的关键问题之一,也是铁路新线选线作业需要兼顾考虑的因素之一。

1 既有线信号系统现状

目前我国路网中既有线信号系统标准普遍较低。在非电化区段自动闭塞区段区间信号电缆采用综合护套电缆,车站站内及接近区段电缆采用塑料护套或综合护套电缆,站内轨道电路采用50 Hz交流连续式轨道电路和四信息移频、极频或微电子交流计数等非电化区段电码化制式。

在电化区段自动闭塞区段区间和站内信号电缆大部分采用铝护套综合扭绞电缆,站内轨道电路采用25 Hz相敏轨道电路,但自闭制式通常为未到大修期的趋于淘汰的多信息移频、微电子交流计数制式自动闭塞和电码化。

2 电气化铁路对既有线信号系统的干扰分析

电力牵引区段由于供电电源为50 Hz交流电源,其对信号专业50 Hz交流连续式轨道电路、移频轨道电路设备会产生50 Hz谐波干扰。对于此类干扰目前主要解决措施为更换为97型25 Hz相敏轨道电路进行防护[2～3],这里不做深入分析。

另外,电力牵引区段接触网的电压和电流,在其周围空间产生连续分布的交变电磁场对信号电线路等系统设备产生一定的影响。接触网牵引电流通过感性耦合在电线路上产生磁影响,接触网电压通过容性耦合对信号电线路和其他信号设备产生电影响。电力牵引区段对地绝缘的架空明线应考虑电影响和磁影响因素,地下电缆及护套接地的架空电缆线路仅考虑磁影响因素,在接触网短路时,地下电缆线路还应考虑地电流的影响[1]。

下面主要从磁感应纵电动势危险影响、电化干扰线性计算分析等几个方面进行分析。

2.1 磁感应纵电动势危险影响及其允许值

2.1.1 磁感应纵电动势可引起下列危险影响

接触网牵引电流在信号电线路任意两点间感应的电势差称为磁感应纵电动势。将会带来对运营维修人员产生接触危险,对沿线信号设备带来击穿绝缘、烧毁设备的危险,从而存在潜在的信号设备错误动作危险(错误控制、错误表示、错误解锁)[1]。

2.1.2 磁感应纵电动势危险影响的允许值

按有关规定[3],当接触网正常工作时,信号电线路上的磁感应纵电动势允许值为60 V。当接触网短路接地故障时,信号电缆线路上的磁感应纵电动势应不超过直流耐压试验的75%或交流耐压试验的85%。

2.2 电化干扰对既有非电化半自动闭塞区段干扰线性计算分析

在某城际铁路工程设计中,存在并行于既有线地段的间距从10～90 m不等的情况。该地区大地导电率在2.5×10-14～86×10-14(CGSM)(CGSM为电磁学单位制,即centimeter-gram-second electro-magnetic system 厘米-克-秒 电磁单位制)间,接触网等效电流最大为918 A,短路电流最大为9.2 kA,综合屏蔽系数取0.36[1],对该地段范围内既有各站(A、B、C、D)的电化干扰进行了线性计算,详见表1、表2(其中表2中仅列举了大地导电率为50×10-14CGSM的情况)。

表1 50 Hz危险影响正常状态

表2 50 Hz危险影响：短路状态

从上述计算分析可以看出,新建电气化铁路在大地导电率为10×10-14、50×10-14、100×10-14CGSM时,对距离新建线路分别为100、70、40 m以外的既有铁路综合护套信号电缆的干扰在信号允许范围内。因此,若既有铁路为非电气化铁路、既有信号电缆采用的是综合护套电缆,当新建线路与既有铁路并行间距在5～100 m时,则应请物探专业提交并行于新线范围的既有铁路大地导电率测试技术报告,信号专业对既有线进行干扰影响分析并采取适当防护措施。

2.3 电化干扰对既有非电化自动闭塞区段干扰线性分析的防护措施

对既有非电化自动闭塞的干扰分析,较半自动闭塞区段增加了区间自动闭塞的情况,需要具体问题具体分析。

如果四线并行线间距小于10 m,并行线路为同方向同频率,则需对既有线轨道电路进行分割,以减少相邻新线带来的干扰。

如果区间既有为极频或分散移频轨道电路,则需更换闭塞制式,换为符合我国铁路主要技术政策的ZPW-2000(UM)系列移频轨道电路[4]。

如果并行区段电缆仍为综合护套电缆,建议对综合护套电缆在并行于新建电化铁路范围更换为铝护套电缆。

3 电化干扰区段信号工程防护设计

从上述分析,案例中的A、B、C、D站距离新线在30 m左右,站内采用综合护套信号电缆,在各种大地导电率情况下,1.4 km的接近电缆内产生的磁感应纵电动势均在60 V以上,不符合规定要求,需考虑对A站～D站信号设备采取防护措施。当既有线信号电缆改为铝护套电缆时,磁感应纵电动势均在60 V以下(表3),在信号允许范围之内,符合有关规定。

因此,对以上4站进行干线电缆更换为铝护套电缆和轨道电路更换为97型25 Hz相敏轨道电路的改造工程,以解决电化干扰问题。

表3 50 Hz危险影响： 正常状态(综合护套电缆与铝护套电缆对比)

4 结语

在工程设计中如遇到电气化铁路与既有非电化铁路并行情况,信号专业可通过上述方法进行计算分析,也可结合现场实际的大地导电率、电缆类型、利用上表进行验算、得出干扰结论,得出符合工程需要的量化指标,从而确定信号工程改造方案,确保行车安全。线路专业在选线时,如果并行既有铁路较近,在条件允许的情况下,如果能够避免同方向运行的线路间距大于10 m(可按上下行线路穿插布置),则在保证安全的前提下还可减少信号专业投资。

[1] 中国铁路通信信号总公司研究设计院.铁路工程设计技术手册-信号[M].北京：中国铁道出版社,1993:784-787.

[2] 安海君,李建清,吴保英.25 Hz相敏轨道电路[M].北京：中国铁道出版社,2004.

[3] 中华人民共和国铁道部.TB10007—2006 铁路信号设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2006.

[4] 中华人民共和国铁道部.TB/T3206—2008 ZPW-2000轨道电路技术条件[S].北京：中国铁道出版社，2008.