ZPW-2000A轨道电路小轨道抗干扰能力优化研究.pdf

100可靠性研究ZPW-2000A轨道电路小轨道抗干扰能力优化研究马 斌（北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070）摘要：目前，高铁线路将轨道电路调谐区小轨道纳入列控控制，调谐区小轨道的状态也成为行车的重要依据。在应用过程中发现，小轨出信号存在受干扰情况，进而引发小轨出电压波动较大的现象。针对该现象，通过原理分析、实验室测试和现场验证等方式对小轨道电压波动原因进行分析，提出 ZPW-2000A 轨道电路小轨道抗干扰能力优化方案，改善了小轨道受干扰产生电压波动的问题。关键词：轨道电路；小轨道；抗干扰；接地不良中图分类号：U284.2 文献标志码：A 文章编号：1673-4440(2023)Z1-0100-05Research on Optimization of Anti-interference Ability ofShort Track Circuits of ZPW-2000A Track CircuitsAbstract:At present,the short track circuits in the tuning zones of the track circuits have been included in the train control systems of high-speed railway lines,and the cleared and occupied status of the short track circuits in the tuning zones has also become an important basis for train operation.During the application process,it is found that the output signals of the short track circuits are interfered,leading to unstable output voltage of the short track circuits.To address this phenomenon,this paper analyzes the causes of voltage fluctuations in the short track circuits through principle analysis,laboratory tests and fi eld verifi cation.The scheme to optimize the anti-interference ability of the short track circuits of ZPW-2000A track circuits is proposed,and the problem of voltage fl uctuations caused by disturbances in short track circuits is mitigated.Keywords:track circuit;short track circuit;anti-interference;poor groundingDOI:10.3969/j.issn.1673-4440.2023.Z1.0231概述随着高铁将调谐区纳入列控控制，调谐区小轨道的空闲和占用已经成为行车的重要依据。在应用过程中发现，存在小轨出信号受干扰的现象，小轨出电压波动既对现场维护产生影响，而且当小轨出电压波动过大时还可能影响系统对小轨状态判断，小轨道状态纳入控制后可能引发“红光带”故障，进而影响铁路运输效率。小轨道信号稳定性尤为重要，因此需对加强移频柜内小轨道抗干扰能力进行优化研究。2小轨出电压波动原因分析由于小轨出电流较小为 A 级，易受干扰，发铁路通信信号工程技术(RSCE)2023年11月（2023）京新出刊增准字第（295）号101可靠性研究送、接收线缆屏蔽层单端接地，当由于布线、接地等原因出现线地间不平衡寄生电容时，可能会有微量信号耦合至小轨出电压通道，引起波动。小轨道传输通道原理如图 1 所示。图小轨道传输通道原理发送器小轨出等效阻抗U屏蔽层U传输通道UU时在小轨出形成干扰2.1对地不平衡信号产生原理在弱电的交流信号传输过程，通常使用扭绞线或扭绞屏蔽线如图 2 所示，其目的是在降低对外部电磁干扰影响同时，也降低外部干扰信号对自身的影响。图扭绞线传输原理SV内部产生的磁通被抵消外部耦合产生磁通被抵消在平衡信号系统中，双绞线自身产生磁通，以及外部电磁干扰信号在双绞线形成的磁通都会被抵消，即：作为干扰源系统，其对外产生的电磁辐射为零，不会对外产生干扰；作为被干扰信号系统，其通道中干扰信号量为 0，不会受到干扰。在不平衡系统中：作为干扰源系统（发送端），系统对外产生的电磁辐射不为零，会辐射到周边信号设备（线缆）上，导致受辐射设备受到其信号的干扰影响；作为被干扰信号系统（接收端），外部电磁干扰信号会耦合到系统传输线缆上形成共模信号，由于系统自身存在不平衡，该共模信号在扭绞线上转变差模电压，干扰被干扰信号系统。如图 3 所示，当干扰源系统（发送端）的通道两线对地电容不等（C1 C2）时，干扰源系统会通过大地向被干扰系统辐射能量。若被干扰系统通道两线对地电容相等(（C3=C4）)时，I1=I2，不在终端电阻 R 上产生电压；若被干扰系统通道两线对地电容不相等（C3 C4）时，I1 I2，在终端电阻 R上会产生差模电压，形成干扰电压。图干扰电压形成原理SCCCCRRI干扰源系统被干扰系统IVZ2.2小轨出受干扰途径分析如图 4 所示，在机械室供电回路中存在干扰源，接收器与干扰源之间存在耦合电容 C1，使接收器XIN1 与 XIN2 间出现对地不平衡现象，干扰源信号通过电容 C1后，经过接收器小轨端入口阻抗，在小轨出信号线上形成差模电流，与小轨出信号线缆与屏蔽层间通过分布电容发生耦合，最终流入大地。图设备线缆连接XINXIN接收器入口阻抗Ri=k接地电阻R小轨出屏蔽层接地电阻R衰耗器接收器干扰源C因此，小轨出信号线屏蔽层接地后，为干扰信号电流提供了传导路径，且由于接收器小轨入口阻抗较高，干扰信号电流在接收器端形成干扰电压。马斌：ZPW-2000A轨道电路小轨道抗干扰能力优化研究102可靠性研究3测试分析在实验室对小轨出电压波动进行复现，进行了不同载频布置下移频柜有、无接地的对比测试，观察小轨出电压变化情况。同时对移频柜内断开通道内各接地位置，观察分析小轨出电压变化情况。3.1不同载频布置下移频柜有、无接地对比测试1）测试方法在同一移频柜内按常规载频布置、同方向载频布置及最不利载频布置三种方式开展测试，如图 5、6、7 所示。图同向载频布置图最不利载频布置图常规载频布置将干扰源区段发送功出设置为 1 电平，关闭被测小轨对应的发送器后，测试不同载频布置时第 1、2、5、6 位置的小轨出电压值。2）测试结果移频柜有、无接地对比测试结果如表 1 所示。1）常规载频配置下，测试到小轨出的干扰信号在 10 26 mV 间变化，复现小轨出电压波动现象。2）移频柜是否接地对小轨出干扰电压影响较大。正常接地时，小轨出干扰电压约 26 mV；不接地时，小轨出干扰电压约 106 mV。3）相同载频区段数量越多，小轨出干扰电表1移频柜有、无接地对比测试结果载频布置方式测试区段位置移频柜接地/mV移频柜不接地/mV常规载频布置12549210215152761317同向载频布置1216535146461047最不利载频布置1261062139051676620108铁路通信信号工程技术(RSCE)2023年11月103可靠性研究压越大。最不利载频配置时，测试到的干扰值约108 mV。3.2通道接地点断开测试1）测试方法通过断开通道内各接地点，从衰耗器小轨出塞孔进行测试，观察小轨出变化情况，测试内容如下。a.断开移频柜接地；b.断开发送功出线屏蔽层接地；c.断开小轨出信号线屏蔽层接地。2）测试结果断开通道内各接地点测试结果如表 2 所示。表2断开通道内各接地点测试结果试验编号试验条件小轨出电压波动值/mV1正常状态下142断开移频柜接地183断开功出线屏蔽层接地104断开小轨出信号线屏蔽层接地3移频柜接地对抑制干扰有效，系统浮地后，干扰变大；断开功出线屏蔽层接地干扰幅度降低；切断小轨出屏蔽层，干扰大幅降低。图断开小轨出屏蔽层对比分析（a）断开屏蔽层前（b）断开屏蔽层试验3.3测试总结根据分析和测试，总结出导致小轨出电压干扰波动的要素如下。1）接地电阻影响小轨出电压波动；2）小轨信号线屏蔽层接地受到地线上耦合干扰。4优化方案及验证4.1优化方案通过测试和分析，结合干扰要素，针对小轨出电压波动情况，采取共 2 个方面的解决方案，具体措施如表 3 所示。表3解决方案及具体措施方案解决方案具体措施1移频柜可靠接地 满足不大于 1 的规范要求2断开干扰途径对于受干扰小轨出电压变化较大的区段，断开小轨出屏蔽线的接地4.2现场验证对现场存在小轨出电压波动的区段进行了断开干扰途径的试验验证，断开小轨出信号线屏蔽层接地前、后对比如图 8 所示。将小轨出信号线屏蔽层取消接地，小轨出电压波动幅度明显降低。5总结为保证小轨道状态的稳定性，需确保移频柜可靠接地。对于受干扰小轨出电压变化较大的区段，建议可通过断开小轨出信号线屏蔽层的方式，有效降低对小轨出干扰。该方案实施后为验证对防雷和电磁兼容性能的影响，进行了电磁兼容和防雷对比测试，均满足规范要求。参考文献1 中国铁路总公司.高速铁路信号维护规则技术标准部分 M.北京.中国铁道出版社.2016：48-54.2 中国铁路总公司.ZPW-2000A 型无绝缘移频自动马斌：ZPW-2000A轨道电路小轨道抗干扰能力优化研究104可靠性研究闭塞系统 M.北京：中国铁道出版社，2013.3 杨轶轩.高速铁路区间轨道电路调谐区断轨检查纳入控制系统研究 D.石家庄：石家庄铁道大学，2018.4 李文涛，杨轶轩，阳晋.高速铁路轨道电路技术创新与实践 J.铁路通信信号工程技术，2019，16（Z1）：1-5.5 焦名，秦源.ZPW-2000A 小轨道状态纳入列控中心防护方案 J.铁路通信信号工程技术，2017，14（4）：4.6 束展逸.ZPW-2000A 轨道电路对调谐区故障防护能力的研究 D.兰州：兰州交通大学，2023.7 孟阔，王天友.西成客专轨道电路小轨出电压波动分析及处理 J.铁路通信信号工程技术，2021，18（Z1）：82-85.8 刘国鹏.ZPW-2000A 轨道电路小轨电压异常判断分析 J.铁路通信信号工程技术，2021，18（1）：95-100,108.9 王颢添.ZPW-2000A 轨道电路小轨电压异常情况分析 J.中文科技期刊数据库(全文版)工程技术,2021(9):106-108.（收稿日期：2023-06-28）（修回日期：2023-09-21）（上接 57页）为了验证设备计量的准确性，本文将 ME8500装置送到第三方计量单位检测，得到的器件校准结果误差率在 3以内，符合测试要求。由表 3 可知，ME8500 装置测试指标与手动测试工装（1250 频响分析仪+功率放大器+测试工装）测试指标误差在5%以内，符合轨道电路室外设备相应的调试检验要求。对其他 10 种型号的设备继续进行对比测试，试验结果显示，10 种设备型号均满足测量需求。5结束语本文设计了一种轨道电路室外设备检测装置，该装置结合实际生产中遇到的问题，对现有测试方法进行了优化，兼容了包括调谐匹配单元、空心线圈、机械绝缘节空心线圈、站内防雷匹配变压器等11 种室外设备的测试，使操作变得简单、可视化，节省了测试时间，达到了降本增效的目的。参考文献1 贾向武.调谐匹配单元测试装置研究J.铁路通信信号工程技术.2019，16（9）：40-43.2 北京全路通通信信号研究设计院有限公司.客专 ZPW-2000A 轨道电路 Z.北京：北京全路通通信信号研究设计院有限公司，2009.3 胡飞龙.ZPW-2000A 型轨道电路设备原理与应用M.北京：中国铁道出版社，2018.4 北 京 全 路 通 通 信 信 号 研 究 设 计 院 有 限 公司.ZPW2000 轨道电路工程设计说明 Z：北京：北京全路通通信信号研究设计院有限公司，2014.5 郭进.铁路信号基础设备 M.北京：中国铁道出版社，2010.6 中国国家铁路集团有限公司.ZPW-2000 系列无绝缘轨道电路设备：Q-CR 489-2020S.北京：中国铁道出版社，2021.7 代萌.ZPW-2000A 轨道电路信息调谐匹配单元数据配置探讨 J.铁路通信信号工程技术，2022，19（Z1）：60-65.8 韩斌峰.ZPW-2000A 轨道电路信息型调谐匹配单元运用维护探讨 J.铁路通信信号工程技术，2021，18（Z1）：122-126.（收稿日期：2023-05-01）（修回日期：2023-06-09）*铁路通信信号工程技术(RSCE)2023年11月