基于区间相邻轨电压波动原因分析及对策

闫仁锋

(包神铁路集团神朔铁路公司阴塔站区，山西忻州 036600)

目前中国铁路自动闭塞区间系统，设备选型普遍采用ZPW-2000A 型轨道电路，该设备为国内铁路自动闭塞系统的主流产品，其是在法国UM71 轨道电路的基础上通过消化吸收、创新自主研发的国产化产品，具有铁路信号设备的防电磁干扰、安全冗余、“故障—安全”原则。而神朔铁路自动闭塞区间采用双侧线路及双向运行的三显示方式，ZPW-2000A 型轨道电路，这些设备产品的上道运用，推动了神朔线铁路运能的多拉快跑。但在现场实际运用中，由于设备器材性能、工艺标准的差异性，设计上沟通牵引电流、平衡电位的横向连接线、吸上线设置的不合理，电缆材质特性、施工工艺的欠缺等诸多外界因素的影响，ZPW-2000A 设备不可避免地存在受其他因素的干扰，给铁路运输潜伏了安全隐患。

1 干扰问题的提出

2019 年初，神朔线管内保德站信号集中监测更新改造施工完成后，通过调阅查询分析信号集中监测曲线，发现保—王（保德站至王家寨站）区间上行线保德站S1LQG 区段在列车占用，且相邻线路1109G 同时有车占用时，S1LQG 区段载频2000-1 型轨出1 分路残压最高达289.3 mV，严重超过ZPW-2000A 轨道电路分路电压最高报警上限值140 mV，且持续时间长达1 min 多，电气特性超限报警频繁。当列车完全出清相邻线路后，观察到S1LQG 电压曲线恢复正常。上述现象表明，S1LQG 在与相邻线路同时有车占用情况下存在严重的行车安全隐患。区间相邻轨会车时，S1LQG 区段分路残压超限报警如图1 所示。

图1 区间相邻轨会车时，S1LQG区段分路残压超限报警图Fig.1 Alarms of residual voltage that is above the limit in the sub-circuits of Section S1LQG when two trains head toward each other on adjacent tracks

2 现场调阅回放分析

通过调阅信号集中监测曲线回放分析，发现S1LQG 区段发生分路残压报警具备以下几个特性。

1）保德站S1LQG 区段发生分路残压超标严重波动现象时，该区间上下行相邻线路会车，如图1所示。

2）保德站S1LQG 区段列车通过，相邻线路相邻区段1109G 无列车占用，S1LQG 区段列车占用分路时轨出1 电压曲线略有波动曲线图，此时可以忽略不计，如图2 所示。

图2 S1LQG与相邻线路区段无会车时的电压曲线Fig.2 Voltage curves of S1LQG when no trains head toward each other in S1LQG and adjacent line segments

3）保德站S1LQG 列车且与相邻线路1109G 同时有车占用时，通过调阅信号集中监测中心频曲线数据查看其电气特性，发现报警时S1LQG 轨入电压同时存在2000-1 型(1106AG 中心频为2001.4Hz）、2000-2 型（S1LQG 中心频）两种载频频率。而轨出1 电压中心频不仅有本区段的1 998.7 Hz 频率，还有列车运行前方相邻区段1106AG 中心频的2 001.4 Hz 频率，通过对电气特性数据梳理分析，初步判断造成S1LQG 区段电气特性分路残压超限且报警的直接原因为混入了相邻区段1106G 中AG的载频频率，如图1 所示 。

3 ZPW-2000A轨道电路干扰原因分析

电气化铁路规定ZPW-2000A 轨道电路在分路状态最不利条件下，在主轨道内的任意一点采用0.15 Ω 标准分路线进行分路时，轨道电路的“轨出1”分路电压不能大于140 mV；并且轨道继电器必须保证可靠落下。保德站S1LQG 在自身及相邻线路有车占用时，其分路残压已经超过《铁路信号维护规则》技术标准规定的电气特性分路残压值，因此尽快对该技术隐患问题进行查找处理，防止出现不可控制的电务安全风险。综合考虑各种情况，按照《铁路信号维护规则》、《铁路信号设计规范》及参照造成ZPW-2000A 型轨道电路可能干扰原因的分析，此故障的原因应该有以下3 个方面。

3.1 数字信号电缆使用错误或电缆性能不良

电气化铁路自动闭塞区间的ZPW-2000A 型轨道电路，为防止电气化区段各种电磁干扰、窜频干扰及其他外界干扰，在满足轨道电路的传输上，采用铁路数字型、内屏蔽型信号电缆；当信号传输线有相同频率的信息同时传输时，电缆使用有线对的内屏蔽型电缆；规定同一根数字信号电缆不能同时传送两个频率相同的发送与接收信息；当有两个频率相同的发送信息时，使用的数字信号电缆严禁设置在同一频率四线组内；对数字信号电缆中传输的发送、接收信息，电缆线对要求按四芯组对角线成对使用；对线路敷设、终端设备备用、进入信号机械室内备用的电缆余量不得成“O”形闭合环状存放。数字信号电缆电气特性规定芯线全程对地绝缘不小于1 MΩ。可见ZPW-2000 系列无绝缘轨道电路使用的内屏蔽数字信号电缆，在电缆的始、终端，如果内、外屏蔽层没有做到良好的工艺连接，可靠接地，密封处理，当受潮或外力及不可预估出现虚断或接地处断线时，由于数字信号电缆互感耦合以及发送电平过高容易造成窜频干扰，容易出现地面信号和机车信号显示升级。

3.2 自动闭塞区间吸上线设置位置不合理

为确保电气化铁路牵引电流顺利回归牵引变电所，防止牵引不平衡大电流对信号设备造成干扰及烧损，牵引供电专业在区间设置了吸上线，在站内进站处设置横向连接线。两线都是为了保证牵引电流的回流畅通，平衡两线路的电位而设置的，用来保护人身和设备安全。如果上述功能线设置位置不合理，安装距离不满足《铁路信号设计规范》中“相邻轨道电路和轨道电路两端不得连续加设吸上线，自动闭塞区段相邻吸上线的安装间距不得小于2 个闭塞分区”的规定。极有可能形成轨道电路第三轨电流通路，造成相邻线路相邻区段窜频干扰。通过现场检查发现，保德站的S1LQG 接收端吸上线坐标K109+836 接触网杆号112#；横向连接线坐标K109+885 m；1109G 发送端吸上线坐标K109+836 接触网杆号155#；横向连接线坐标K109+885 m；1106AG 接收端吸上线坐标K111+551 接触网杆号002#；横向连接线坐标K111+605 m；1133AG 发送端吸上线坐标K111+551 接触网杆号001#，横向连接线坐标K111+551 m。通过现场检查、测试及图纸对照分析，发现保—王区间下行线1109G、1133G 区段设置的吸上线不符合《铁路信号设计规范》中“相邻轨道电路和轨道电路两端不得连续加设吸上线，自动闭塞区段相邻吸上线的安装间距不得小于2 个闭塞分区”的规定。造成保德至王家寨区间线路在S1LQG 和1109G 处上下行同时有车占用时，通过吸上线、横向连接线构成轨道电路第三轨迂回通路，将1106AG 的信息窜入S1LQG。造成S1LQG 分路残压超标，使信号设备潜伏着严重的行车安全隐患。如图3 所示。

3.3 相邻线路临近区段干扰原因分析

3.3.1 ZPW-2000A型轨道电路电气绝缘原理

ZPW-2000A 型轨道电路由电气绝缘节和调谐单元组成，其电气绝缘节由两根29 m 长的钢轨和其两端各设置的一个调谐单元及空心线圈构成，其中由L1、C1两组件构成F1型调谐单元，适用于1 700 Hz、2 000 Hz 载频的移频轨道电路；由L2、C2、C2三组件构成F2型调谐单元，适用于2 300 Hz、2 600 Hz 载频的移频轨道电路。各种调谐单元主要用于对相邻轨道电路实现电气隔离作用，当接收到本区段轨道电路的载频信息时，轨道电路产生并联谐振，谐振阻抗表现为高阻性，有利于本区段轨道电路信息的传输及接收；而对于相邻区段轨道电路的载频信息产生串联谐振，谐振阻抗呈现零阻性，相邻区段的移频信号短路，防止相邻区段移频信息越区传输。电气绝缘原理图及各部件说明如图4 所示。

图3 S1LQG、1109G、1133G、1106G处吸上线和横向连接线构成第三轨迂回电路图Fig.3 Diagram of circuitous circuits of the third rail composed of suction lines and transverse connecting lines at S1LQG, 1109G, 1133G and 1106G

图4 ZPW-2000A电气绝缘原理图Fig.4 Schematic diagram of ZPW-2000A electrical insulation

图4 中，F1（F2）型调谐单元的L1、C1（L2、C2）对F2（F1）端的频率为串联谐振，电路谐振时呈现低阻抗，表现为“零阻抗”，短路F2（F1）端的移频信息，避免相邻区段移频信息进入本区段。

F1（F2）型调谐单元对于本区段的移频信息呈现电容性，同调谐区的钢轨、空心线圈等构成电路并联谐振，电路谐振时呈现高阻抗，便于本区段移频信号的传输。

3.3.2 干扰原因分析

通 过 对S1LQG、1106G、1109G、1133G 轨道区段自身载频频率及测试数据分析，S1LQG轨入中心载频2 000-2 Hz，正常时轨入主电压1 119.7 mV，轨出1 电压645.3 mV。测试收端调谐单元输入阻抗值波动且极不稳定，极阻抗数据为0.3 ～0.5 Ω；零阻抗数据为0.01 ～0.09 Ω，与2 000 Hz 调谐单元出厂的阻抗值相背离。同一里程相邻区段的1109G 轨入中心载频2 300-1 Hz，正常轨入主电压1 311.6 mV，轨出1 电压692.1 mV。S1LQG 运行前方区段1106G，分为1106BG、1106AG 两个区段，其中1106BG 中心载频2 600-1 Hz，1106AG 中心载频2 000-2 Hz；不难看出轨道区段S1LQG 和1106AG 的载频一样，只是区别于“1”和“2”两种型号，当S1LQG 且相邻线路1109G 同时有车占用时，通过S1LQG 轨道电路区段的接收端、1109G 发送端的横向连接线及此处的吸上线、1106AG 的接收端以及1133AG处的简单横向连接线、吸上线构成迂回通路，造成S1LQG 接收端调谐单元窜入1106AG 的载频频率和一定幅度的干扰电压。当S1LQG 接收端调谐单元设备性能、电气特性不良时，由于混入同一载频，致使S1LQG 有车占用时，分路残压严重超标并报警，若不及时查找处理，极其严重的行车安全隐患带来的后果将不堪设想。

4 解决对策

通过对S1LQG 干扰原因分析，会同中铁工程设计咨询集团有限公司太原设计院及供电专业共同调整保德至王家寨间吸上线的安装位置，确保了区间相邻区段吸上线的设置符合《铁路信号维护》关于吸上线设置的相关规定。

通过电气特性数据分析，更换S1LQG 接收端的调谐单元及匹配变压器，确保轨道电路接收设备性能良好，工作稳定，达到良好的电气传输、电气隔离。

5 结论

通过移设自动闭塞相邻区间的吸上线，更换良好的调谐单元及匹配变压器，此安全隐患得到了彻底处理，保障铁路运输安全畅通。