广深四线并行安全性研究报告-090803-1

1、广深四线并行区间贯通地线、横向连接设置安全性研究研究及试验测试报告广深铁路股份有限公司广州铁路（集团）公司电务处北京全路通信信号研究设计院2009年8月3日目 录一、项目背景及依据3二、研究内容4三、ZPW-2000A区段接地及回流的连接5四、干扰产生原理及影响分析8五、电路分析及仿真分析结论18六、试验概况33七、电气化回流相关部分的分析37八、工程实施方案40九、其他类型的四线区段的考虑43附件：测试数据44一、项目背景及依据既有广深、线自动闭塞于2008年1月竣工，地面信号设备采用ZPW-2000A无绝缘轨道电路。既有广深、线自动闭塞于1994年竣工，采用双红灯防护多显示自动闭塞，双线双

2、方向追踪运行，地面信号设备采用法国UM-71无绝缘轨道电路，设计长度900m1100m，目前设备已到了大修期。基于目前广深、线TVM-300超速防护设备已经废弃的现状，本次工程改造将既有、线UM-71双红灯防护自动闭塞改造为ZPW-2000单红灯防护自动闭塞。由于出现了相同方向载频线路并行情况，线路间通过耦合途径或故障条件下通过横向连接线必然形成相互间的干扰，车载无法通过上下行载频进行区分干扰信号，地面设备也不能识别与自身载频完全相同的干扰信号，因此需对轨道电路间干扰进行分析，提出实现对地面和车载设备的安全防护的技术方案，以确保在有干扰存在的条件下各系统正常工作。广深线长距离四线并行，且均为S

3、-X-S-X（上行下行上行下行）间隔排列，因此同方向载频区段均为隔线条件，III、IV装设ZPW-2000A轨道电路，目前I线、II线UM71无绝缘轨道电路，改造为ZPW-2000A轨道电路中，为了减少应答器线路数据的修改，闭塞分区设置及轨道电路布置情况需保持与原有不变。由于该线路的特殊性，当前无可循的设计标准，必须对贯通地线、横向连接线的设置方式进行研究，并通过现场测试、系统试验验证，提出工程适用的设计原则，该项目对于本工程的顺利开通和今后长期的运营安全有重要意义，并为当前城际建设中面临着四线并行的运用条件下科学制定设计依据、解决四线建设技术标准积累经验。二、研究内容本项目内容属于四线并行区

4、间运输安全性的基础研究，在复线区段，车载通过设置上下行运行方向能够对邻线产生的干扰信号进行有效识别和防护，地面设备也能够分辩自身载频信号完成对其他频率信号的识别和防护。但是在四线并行区段，干扰信号为本方向载频或与本区段完全相同载频，既有复线条件下的防护手段已经不能满足使用要求，必须对干扰成因和各主要途径进行分析，主要包括对地面横向连接、地线连接、回流线连接及区段载频布置等设置方式进行研究，由于线路间还会通过散布在空间的电磁场构成串音干扰，需要对线路间形成的空间干扰情况进行分析并提出解决方案，主要包括以下几部分：（1）四线接地连接及吸上线布置原则的研究。（2）横向连接设置原则的研究。（3）线路间

5、串音干扰的研究。（4）提出适用于工程的实施指导意见。研究内容可分解为如下关键技术点：（1）邻线干扰的产生原理及构成途径分析；（2）吸上线、横向连接及地线设置对干扰的影响的分析；（3）邻线干扰对车载设备干扰量分析及防护方案；（4）邻线干扰对地面干扰电压量分析及防护方案；（5）线路间串音干扰量的分析与防护；（6）单根和多根贯通地线的对比分析；（7）钢轨回流及分布情况的测试；（8）针对于广深四线条件下的工程实施方案的研究；（9）其他四线并行情况的预计与分析。三、ZPW-2000A区段接地及回流的连接1、连接线定义及作用在ZPW-2000A区段调谐区内空心线圈设备对于牵引电流阻抗小于10m，作为两钢轨

6、条间的等电位连接，保证了连接在其上的设备及轨道作业人员安全；从另一角度，牵引电流每经过一次调谐区完成钢轨上牵引电流的均流。两线路间设置横向连接线作为线路间的等电位连接，也实现了两条线路的牵引电流均流，降低线路钢轨间电位差，确保线路间不会出现高电位差。该连接线即为简单横向连接，“是一种两轨道间的等电位连接（摘自C版秦沈客运专线接地和连接线原则）”。完全横向连接是一种轨道间接地式等电位连接（摘自C版秦沈客运专线接地和连接线原则），其完成了线路间等电位连接外，还起到了与大地的等电位连接作用。完全回路横向连接（IRTL）是一个完全横向连接并为两轨道间接地式的等电位连接提供牵引回流到回流线的回路（摘自C

7、版秦沈客运专线接地和连接线原则）。不同的横线连接对钢轨对地电位的影响如下图所示：通过上述各种连接线的分析，它们的共同点是“等电位”，可以归纳为：同线路两条钢轨间采用空心线圈等电位；线路间通过横向连接等电位；线路与大地通过完全横向连接接地等电位。这些连接在等电位的同时，均成为钢轨电流均流的通道，这些连接使原本各自独立的钢轨、回流线甚至大地构成了一个网状的接地回流系统，并且在电力系统中，回流线经过一定距离后需要接地和进行横向连接，纵切面如下图所示：横切面如下图所示：2、四线区段等电位及回流的均衡四线并行后，对于整个接地回流网络，增加了两条线路，需要如何进行等电位连接，以及在连接后会对那些方面带来影

8、响？65与复线时相同的问题，在设置这些连接时仍需考虑钢轨钢轨间、线路线路间、线路大地的电位差问题。在四线区段，仍然使用ZPW-2000A轨道电路，设置在每个调谐区的空心线圈没有变化，同线路钢轨条间的情况与复线相同。要完成线路和线路间的等电位，不可避免的需要进行线路间的横向连接，为了保证钢轨对地电位，仍然通过完全横向连接实现，每两条相邻的线路间必须设置等电位线，即：1线与2线、2线与3线、3线与4线，而且每条线路必须设置接地点，因此，需要将四条线路连接在一起。纵切面如下图所示：由于存在相同方向轨道电路载频并行，需对通过这些连接线或通过空间的电磁场形成的干扰进行分析及防护，既是本项目针对干扰的研究

9、部分。四、干扰产生原理及影响分析通过分析同方向载频并行线路间存在的干扰途径主要包括以下3类：（1）轨道电路正常条件下通过电磁场形成的耦合干扰；（2）轨道电路故障条件下通过横向连接线、回流线、地线等连接通道形成的传导干扰；（3）轨道电路故障传导电流衍生的二次耦合干扰。以上各种途径均需要考虑线路的各种自然变化（道床电阻、区段分布）、正常运用状态（占用和出清），且需要分别分析对于地面和车载设备影响。关系图下图所示：各种干扰简要原理如下图所示：（1）正常条件下的耦合干扰正常条件下，钢轨线路间就能通过相互间的互感形成串音干扰，在被串区段产生电压和干扰电流。（2）故障条件下的传导干扰轨道电路出现断轨、扼流

10、引接线断线等故障时，信号会通过连接到线路的横向连接、贯通地线或回流线等电气通道进入邻线区段，形成干扰，该类干扰形式是对于横向连接安全性研究的主要内容。（3）传导电流衍生的二次耦合干扰在形成传导电流后，由主串线路上的电流形成的对被串区段的单线对双线的干扰。1、线路间耦合干扰的成因与主要相关因素轨道电路是利用钢轨构成回路，向两根钢轨条上发送电压并形成回路电流，钢轨条间将产生电力线，并在线路周围形成磁力线，这些场会延伸到周围的空间，对周围的线路产生干扰，主要分为容性耦合和感性耦合，在并行的钢轨线路间干扰主要是通过线路间的感性耦合形成的。（互容和互感与串扰有关，若电流回路不是很宽的均匀平面，感性耦合电

11、流将远大于容性耦合电流，此时的干扰行为主要由感性耦合决定。）（1）原理分析主串回路的信号电流通过线路间互感在被串回路中形成干扰信号。原理如下图所示：对于两个信号回路间的耦合，当交变电流通过线圈1时，互感磁通21的变化便在线圈2中感应出互感电压U12。它们之间有这样的关系：，可以得出jM是主串电流dI生成干扰电压dU的转换系数。为了进行分析和计算，将该关系确定为如下电路所示：（2）耦合干扰量值的相关因素由于干扰是通过互感形成，jM是联系主串和被串之间的系数，该值与线路间距离有关，干扰量与主、被串线路并行长度、列车分路位置、道碴电阻、主串回路电平等相关。（3）耦合干扰分析需要的基础参数被串回路形成

12、的电压依赖于主串回路电流值，线路间互感值为M，该参数是完成对耦合干扰量分析的基础参数，通过实测能够得到特定线间距离条件下的M值，但在分析中，线间距离需要按不同长度考虑，因此还需要建立M与线路距离间的函数关系，对于平行传输的线路，根据理论公式 亨/公里(式中R13R24为两回路各轨条间的距离)，以及实际测量的某一特定长度条件下的jM与线间距离L，可以计算得到k，其他线路间距的M值可以通过上述公式求得。该参数的测量方法如下：对主串通以一定电流，1250频响分析仪CH2测量被串回路终端电压，CH1测量采样电阻电压，采样电阻电压与主串回路电流量值相同，jM (其中，UB为被串回路受扰电压,IZ为主串回

13、路主串电流)使用四种频率测得jM值，测试电路如下图所示： 通过试验1、2测得，实测得jM值如下表所示： 单位:（/km)测试频率6.2m线间距 jM11.2m线间距 jM)(Hz)模()角（）模()角（）17000.175 88.880.0489 86.86 20000.211 88.380.0590 87.86 23000.244 87.430.0691 84.00 26000.280 86.240.0801 82.45 2、传导干扰成因与主要相关因素一个典型的连接如下图所示：（1）原理分析传导通过线路间的横向连接线构成，存在线路不平衡时会出现干扰，详细如下：1）主串被串均为平衡时不存在干扰

14、传导干扰信号回路通过两个相邻的横向连接构成，在线路不平衡条件时存在，主串回路不平衡时会形成干扰电流，被串回路存在不平衡时该干扰电流能够在被串区段形成干扰效应，主串回路平衡时，主串回路的两个对外连接点间是等电位点，该条件下不在被串回路中形成干扰电流，正常条件下的横向连接如下图所示：2）主串不平衡，被串平衡时有干扰电流，但不形成干扰效果主串回路存在不平衡，被串回路平衡条件下，虽然能够形成干扰电流，但是由于信号在被串回路中平行对称传输，不会在被串回路中形成干扰电压，也不能在在被串回路中形成影响车载设备电流信号，如下图所示：3）主串不平衡，被串不平衡时有干扰电流，形成干扰效果主串与被串同时存在不平衡时

15、，会在传导通道中形成干扰电流，并且在被串区段形成干扰效果，如下所示：（2）影响传导干扰量值的因素分析该方式是经过扼流半圈阻抗进入相邻区段，在通过相邻区段全程钢轨经另一端扼流回到本线路，干扰两与相邻横向连接间的距离，横向连接引出位置，主被串的列车分路位置、道碴电阻情况、其他外部连接情况、主串发送电平等有关。通过分析，如下两种情况会出现最大的干扰量：1）频率1700Hz、rd=.km时、横向连接间距1.5km，最不利条件为下图所示：等效电路为：根据上述等效电路图，扼流半圈阻抗的选值和钢轨回路阻抗是对干扰回路信号量的抑制因素。2）频率1700Hz、rd=最低，最不利条件如下图所示：等效电路为： 根据

16、上述等效电路图，半圈扼流阻抗的选值是对干扰回路信号量的抑制因素。而钢轨环路特性阻抗变化主要取决于线路间道碴漏泄电阻，属于线路自然条件，在被串区段调谐单元零阻抗设备内部断线时在轨道电路接收端轨面形成压差，道碴电阻达到规定最低时且零阻抗断线后分路残压（轨出1）如下图所示。长度1700Hz2600Hz长度1700Hz2600Hz300796585166563517463901665540178519516555451765910016655501735910516553.9551705811016553.9601805711516556.8651705712016456.77016856125165

17、56.9751695713016758.6801675613516958最大值80此时，由于自身分路残压的下降，接收器轨出1干扰电压需小于90mV。（3）其他外部连接对于干扰的影响对于两个同方向载频线路，是相互产生干扰的对象，当其他并行线路、地线和回流线等其他外部连接存在时，会对干扰电流总量进行分流，从而减少进入被扰区段的电流量。该部分分析通过试验11得到验证。（4）传导干扰分析需要的基础参数由于传导干扰是在线路间形成的回路电流，会在双条钢轨内形成不对称信号，当有不对称信号存在时，钢轨电感会增加附加电感量，因此需要测试钢轨线路间的电感量，该电感量值和线路间的距离存在关系。通过试验8实测得到。与

18、互感M值的选取情况相同，需要根据现场实测数据，得到不同线路间距条件下的理论模型。3、故障条件下的耦合干扰在线路故障形成传导干扰时，构成了流经主串回路和被串的环路电流，如下图所示：干扰的耦合原理如下图所示：出现了传导回路电流后，会产生由传导电流衍生出的耦合干扰，耦合的性质为单线对双线的耦合，单线对双线的互感值要大于双线对双线的互感值，但是由于此时传导电流较小，故该干扰量不大。根据理论公式，该条件下的M可以通过下式求得： ,（k为修正系数，使用双线耦合公式中的结果）4、分析基础及安全性预期目标为了明确各试验环节的最终目的，提出预期的设计目标，在不利条件下，应保证以下条件：（1）对于车载设备的安全性

19、1）同载频线路间的干扰量不能超过机车动作门限的半数量值。以防止在与本轨道区段叠加后被车载设备识别为干扰信号。2）同方向不同载频线路间的干扰量不能超过机车动作门限值。以防止被车载设备识别为干扰信号。对于各频率干扰信号总电流信号电流不得大于下表所示：载频（Hz）1700200023002600机车动作灵敏度（mA）279247229211同频干扰电流限值（mA）139.5123.5114.5105.5不同频干扰电流限值（mA）279247229211（2）对于地面设备的安全性同载频干扰信号在室内接收器上形成的电压要保证残压加干扰不会误动接收设备，若轨道电路在吸起状态，加入干扰后需保证轨道电路仍能可

20、靠落下，即：干扰量小于30mV，若轨道电路在落下状态，加入干扰后需保证轨道电路不会错误吸起，即：干扰量小于60mV。根据调整表的各种长度的统计，室内轨出1电压与轨面电压的比例最大为下表所示，按最大比例计算室内轨出1电压。载频（Hz）1700200023002600室内/室外最大比例系数0.660.670.640.67五、电路分析及仿真分析结论1、耦合干扰模型仿真（1）仿真基础参数根据广深线区段布置情况，所有分析中发送器仅以2级电平为最大输出。耦合干扰最重要的参数为互感M值，通过现场实测结合理论公式，得到各种长度下的互感值，如下表所示：通过理论计算得到的各种线间距条件下的互感值M为： 单位（H/

21、km)线间距1700Hz2000Hz2300Hz2600Hz10m 5.75298E-065.90147E-065.99945E-066.1544E-0612m 3.98262E-064.08551E-064.15325E-064.2605E-0614m 2.92096E-062.99609E-063.04609E-063.1243E-0615m2.54273E-062.60855E-062.65166E-062.7203E-0616m 2.23379E-062.29104E-062.3292E-062.3898E-0618m 1.76381E-061.8088E-061.83928E-061

22、.8866E-0620m 1.42771E-061.46423E-061.48844E-061.5273E-06根据广深线自身特点，四条线路上下行交叉布置，即，线路轨道电路载频类型为XSXS，如下图所示：同方向载频线路为相隔线路，线间距按照10m线间距考虑。分析传导干扰时也按照该基础进行。（2）仿真模型描述仿真中将钢轨分为4.83m（29m调谐区由6块构成）的单位节，对钢轨级联，且每个块内分为主串回路模块和被串回路模块，每个模块内包括钢轨电感、电阻和道碴电阻，在主串和被串回路之间采用流控电压源虚拟器件完成主串到被串耦合效果的模拟，互感M值根据不同线间距赋值。如下图所示为一个模块的电路原理图：下

23、图为级联后的钢轨耦合模型：邻线耦合仿真模型共分为两大部分：钢轨耦合模型和传输通道模型，其中以钢轨耦合模型最为根本，将N个单位节连接起来，就可以构成任意长度的钢轨。在既有轨道电路传输通道上又增加了等效jM的器件流控电压源，这是计算邻线耦合的关键，通过流控电压源，将主串回路的电流转换成被串回路的电压，该电压以串联形式存在于被串回路中，该模型能完成对邻线干扰进行准确的仿真。主串（被串）发送与接收的传输通道模型（3）仿真分析与现场实测数据的对比验证以下为对樟木头0997G对0999AG耦合的实测数据与模型仿真数据对比，共计4组，以下为其中一组，其他略。送端00000000001C5433344.631

24、31.5C68534575.82.34.42C598464.28.18.14.35.22.5C378660.66.39.47.65.13C45910761.38.310.253.5C104510512.59.72.110.77.84C121327613.6199.25.412.34.5C111592810.117.517.24.613.35C815114106.41416.210.511.9受端613128113.210.314.311.610实测数据樟木头1700Hz、564m耦合长度、隔线11.2m近端耦合电压仿真数据樟木头1700Hz、564m耦合长度、隔线11.2m近端耦合电压通过现场

25、实测干扰量和分析结果的对比验证，证明了模型和基础参数的准确性。以下分析基于该模型进行。（4）仿真分析结果1）不利条件对比分析耦合干扰量与并行轨道电路位置关系、列车分路位置、电容长短间距、道碴电阻、线间距离均有关系，为了得到最不利条件，分别对道碴电阻、调谐区对位情况、长短电容组合情况进行了对比分析：以下分析基于线间距离10m，电容间距最小60m最大100m进行。 分路位置对干扰电压的影响由于轨道电路的占用出清是一种正常状态，考虑干扰时必须考虑各种不同分路组合情况下的干扰量，分析认为当主串与被串分路位置相等或接近的时候达到最大值，仿真了所有分路点交叉组合的情况。轨道电路长度1000m，线间距离10

26、m，频率2600Hz，道碴电阻.km，电容间距60m、调谐区错位放置条件下分别主串7C、10C、15C处分路时，被串逐点分路的干扰电压结果，如下图所示：如上图所示：被串在与主串同位置分路时，得到最大的干扰电压。下图是对主串逐点分路，被串也逐点分路，得到的一个面组合数据：（单位：mV）通过该仿真结果，可以确认分析中的假设，即在主串和被串分路点处于同区域时达到干扰最大。 调谐区位置对干扰电压的影响由于调谐区能量较大，调谐区内电流通常是主轨道电路内电流的46倍，因此调谐区的相对位置关系对干扰量影响较大，需要首先分析调谐区处于不同位置时对干扰量的影响，分析认为：主串调谐区与被串调谐区并置条件会导致干扰

27、加剧，在调谐区非对位的情况下，干扰量较小。分别对调谐区对位放置、主串调谐区外移、主串调谐区内移的各种情况被串接收器轨出1形成的干扰电压进行仿真分析，结果如下图所示：（单位：mV）条件为 频率2600Hz 轨道电路长度1450m线间距离10m 电容间距60m道碴电阻.km线路布置示意如下图所示：仿真数据结果如下图所示：从上图中可以看出，调谐区对位后，干扰量明显加剧，无论将调谐区向外或向内挪动错开两个调谐区的对位，干扰两都有明显的降低。调谐区对位条件下，最大干扰电压为56.9mV。 道碴电阻对干扰电压的影响调谐区对位分析认为道碴电阻的降低使主串信号损耗加大，电流减小，传递至受端的M值无影响，传递到

28、被串区段的电压值降低，信号在被串区段传递过程中损耗同比增大，因此道碴电阻低的条件下干扰小于道碴电阻高的情况。分别对1、5、.km的各种情况被串接收器轨出1形成的干扰电压进行仿真分析，结果如下图所示：（单位：mV）条件为 频率2600Hz 轨道电路长度1450m线间距离10m 调谐区对位放置电容间距60m线路布置示意如下图所示：仿真数据结果如下图所示：根据上述仿真结果，能够明显得到一个趋势，随道碴电阻的降低，干扰量下降。 电容容值对干扰量影响的仿真分析调谐区对位根据传输线干扰形成的理论，当两条传输线特性阻抗接近或相等时，相同互感M条件下，获得最大的干扰信号量，由于相邻轨道电路特性阻抗差异取决于补

29、偿电容的布置，主要是由于电容步长不同引起特性阻抗的差异，因此当主串的步长电容步长与被串。步长相等时，获得最大的干扰信号量。分别对60m100m(小对大)，60m60m(小对小)，100m60m(大对小)，100m100m(大对大)的各种情况的被串接收器轨出1形成的干扰电压进行仿真分析，结果如下图所示：（单位：mV）条件为 频率2600Hz 轨道电路长度1450m线间距离10m 调谐区对位放置道碴电阻.km线路布置示意如下图所示：仿真数据结果如下图所示：从以上仿真结果，可以得到相等步长时的干扰量大，步长不等的条件下干扰量较小，步长同为60m和步长同为100m时的最大值基本相等，因此在后期对不同频

30、率的仿真中选定以60m的电容步长进行。2）各种频率接收端干扰电压仿真结果调谐区错位通过以上分析的结果，对1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz各种频率分别进行仿真分析，接收器轨出1形成的干扰电压进行仿真分析，结果如下图所示：（单位：mV）条件为 轨道电路长度1450m 线间距离10m主串调谐区内移 电容间距60m道碴电阻.km 线路布置示意如下图所示：仿真数据结果如下图所示：对于各频率的分析结果可以看出，由于线路损耗的存在，即使在.km道碴电阻条件下，随着主串和被串并行长度的增加，干扰量首先逐渐上升，约在250m处达到30mV，超过一定长度（当前条件约为650m）后，干扰量逐渐

31、下降。四个频率中2600Hz最为不利。3）耦合干扰电压分析结论在基于10m线间距的分析结果中，分析结论如下：在调谐区错位的条件下，2600Hz在250m处达到30mV。列车自接收端进入后，干扰叠加正常的分路残压在250m范围内能够确保小于170mV，可靠落下，接收器落下后，需要保证残压加干扰的总量小于200mV，即干扰电压小于60mV，能够满足残压加干扰不会错误动作的要求。在调谐区对位条件下，耦合干扰电压在58m处即超出30mV，在650m处达到最大值56.9mV，根据线间距互感M进行折算，其他线间距条件下，干扰电压如下表所示：线间距离最大干扰电压（mV）10m56.912m39.414m28

32、.915m25.116m22.118m17.420m14.1因此在工程中，线间距小于14m时，重合的调谐区需要处理，方法为对所属区段频率进行改变或移动调谐区。大于14m的线间距能够满足安全运用要求。4）机车干扰电流的仿真结果基于以上仿真环境，对机车干扰电流量进行了提取统计，各频率条件下，机车短路干扰电流随耦合长度的增加，如下图所示：（单位：mA）根据上述仿真结果，干扰电流随耦合长度成增大趋势，在1450m长度范围内，最大干扰电流值在2600Hz条件下出现，最大值为98mA，小于同载频条件下限定干扰应小于105.5mA的要求，能够满足运用要求。2、传导干扰模型仿真（1）基础参数根据广深线区段布置

33、情况，所有分析中发送器仅以2级电平为最大输出。两条线路钢轨的环路阻抗（以一条线路的两条钢轨为去线，另一条线路两条钢轨为回线），根据现场实测，带入距离修正后，求得10m条件下环路如下表所示：隔线钢轨环路一次参数以线间距10m计算频率(Hz)1700200023002600电感（uH）1432144314591477电阻()0.9071.0981.341.635注：为了表述一致，下文中所提及电流均为钢轨内去回电流，单方向的电流均折算为钢轨的去回电流，量值减半，例如：100mA的单向电流折算为去回电流为50mA。如下图所示：线路间的传导干扰电路模型是非对称电路，采用传统的数学模型分析方法不易实现，本

34、次项目采用电路仿真的方式完成非对称电路的分析，仿真平台采用MUTISIM软件，完成了各种非对称轨道电路模型的分析，包括：传导干扰分析模型，耦合干扰分析模型及钢轨断轨分析模型。钢轨子模块模拟半个电容截距的钢轨线路，采用E型节，串联阻抗用来实现钢轨在指定距离的串联阻抗仿真；道床电阻用来实现在指定距离内钢轨在不同道床情况下的仿真；共模电感用于模拟信号不对称情况下的附加电感。图 钢轨子模块（2）最不利条件分析通过分析及现场试验测试，得到如下初步结论：1） 横向连接间距越大，干扰越小；2） 横向连接位置越接近于调谐区，干扰越大；3） 钢轨正常条件下主串区段内和区段外干扰最大值相等。4） 主串区段断轨时，

35、内环最不利的电流量是外环的2倍。 根据前面分析，形成线路间传导干扰需要在主串回路和被串回路上出现钢轨的不对称连接故障，连通两条线路钢轨的是横向连接和道碴电阻漏泄，道碴电阻漏泄时自然情况，必须进行考虑，对于横向连接的故障考虑单侧引接线故障后形成的钢轨线路不对称情况，当扼流变压器仅有半圈连接钢轨时，由于牵引电流的存在，导致扼流饱和而使阻抗下降，形成较大的干扰电流。因此构成横向连接的扼流阻抗是抑制传导干扰的关键因素，需要在有电流磁化的条件下仍保持一定阻抗。主串和被串线路间可以通过扼流扼流，扼流道碴电阻漏泄两种方式构成回路。当通过扼流道碴电阻漏泄构成回路时，干扰直接进入被扰区段，难以对被串区段实施有效

36、的防护，因此，不能在频率相同的两个区段间进行横向连接。1）通过道床漏泄与扼流构成的回路干扰分析根据分析，通过道床漏泄与扼流构成的回路产生最大的干扰电流的条件如下图所示：等效电路如下图所示： 该情况，相当于主串区段发送器直接为干扰回路供电，电流通过两个扼流变压器的半线圈和两条线路间的特性阻抗构成回路，若采用既有的BE系列扼流变，按照1700Hz信号全圈阻抗17，半圈4.25考虑，1700Hz电流I=4.3/（4.25+4.25）= 0.253A，且上式结果尚未加入扼流磁化阻抗降低的影响，因此实际应用中还会大于该结果。若按照半圈9设计，I=4.3/（9+9）= 0.119A，且需要考虑扼流在有电流

37、磁化条件下保证不小于9。为了确保干扰电流小于规定的机车动作门限的半数值，需要保证扼流的电感量，预计如下表所示指标：载频（Hz）1700200023002600同频干扰电流限值（mA）139.5123.5114.5105.5送端最高轨面开路电压（V）4.34.494.835.08计算得需要扼流感抗（）15.41 18.18 21.09 24.08 计算得半圈扼流电感（mH）0.721 0.723 0.730 0.737 根据上述要求，按照1700Hz条件下，扼流9阻抗设计扼流，为0.843mH，按上述设计带入仿真环境中求得电流为:1700Hz条件下为99mA，2600Hz为74 mA。满足电流要

38、求。通过仿真，50mA穿越零阻抗故障调谐区，在接收器上形成的电压和按允许最大干扰电流所形成的电压如下表所示：频率1700Hz2000Hz2300Hz2600Hz电压（mV/50mA）20.3 22.1 22.5 24.2 同频干扰电流限值（mA）139.5123.5114.5105.5按同频干扰电流限制折算为干扰电压（mV）56.6 54.6 51.5 51.1 根据上文分析，在道碴电阻最低且零阻抗故障后，分路残压最高值为80mV，按照增加干扰后需小于设备可靠落下值170mV考虑，干扰电压需小于90mV，上表中干扰电压最大值为56.6mV，能够满足接收器可靠落下值的要求，可以确保安全运用。2）

39、通过扼流构成的回路干扰分析通过扼流构成的回路干扰在道碴电阻时，分析对远端接收器产生的干扰、横向连接间距1.5km，主串送端和被串受端扼流故障，如下图所示：等效电路为：根据上述等效电路图，该情况相当于主串区段发送器直接为干扰回路供电，电流通过两个扼流变压器的半线圈和两条线路间的回路阻抗构成，扼流半圈阻抗的选值和钢轨回路阻抗是对干扰回路信号量的抑制因素，钢轨回路阻抗与线路间距、横向连接间距有关，即线间距越大，电感越大，横向连接距离越远，电感越大。为了维持既有工程设计中对于完全横向连接的设计规范，间距仍按照1500m考虑，线间距离按照10m考虑，扼流变压器阻抗是可以限制该干扰量的关键因素。为确保干扰

40、电压和干扰电流，首先需要分析在接收端轨面注入特定电流（50mA）在接收端形成的干扰电压最大值，电路原理图如下图所示：通过仿真分析，得到该电流与电压之间的转换关系，如下表所示：频率1700Hz2000Hz2300Hz2600Hz电压（mV/50mA）25.927.728.730.2按照线路间距10m，完全横向连接1.5km，扼流变压器按照上文中的0.843mH设置，按照所示电路构成，仿真结果最大电流及电压如下图所示：频率1700Hz2000Hz2300Hz2600Hz计算得到环路内最大电流（mA）48.044.842.339.7折算为室内干扰电压（mV）24.924.824.324.0根据上述仿

41、真结果，室内接收器的干扰电压小于30mV，能够满足接收器可靠落下值的要求，环路干扰电流小于限定值，可以确保安全运用。3、传导电流产生的耦合干扰模型仿真该干扰源为传导干扰电流，耦合后量值较小，详细分析此处略。六、试验概况2008年12月17日27日与2009年3月10日3月23日，在东莞车间和樟木头信号工区、牵引供电车间的配合下进行了两阶段前共计18次试验，第一次试验完成了8次试验，第二次试验完成了6次试验，第三次完成了2次试验，第四次完成2次试验。对四线并行条件下同方向载频间的干扰原理和量值进行了分析、测试、分析对比、验证。1、试验内容详细测试内容如下表所示：次序试验内容测试位置时间1邻线互感

42、M值测试，钢轨一次参数测试IIG、6G08-12-172隔线互感M值测试，钢轨一次参数测试IG、6G08-12-183站内耦合干扰测试IG、IIG、6G08-12-194区间耦合干扰测试I、II、3、4线08-12-205模拟故障，分路位置不同时的传导干扰测试外方1300m I、3线08-12-216模拟故障，连接位置不同时的传导干扰测试外方1300m I、3线08-12-247牵引回流电流及轨面电动势测试0998信号点08-12-268线路间回路阻抗参数测试外方1300m I、II、3、4线08-12-279主串不同位置连接、不同位置分路干扰分析结果的测试验证0997G范围I、III线09-

43、03-1110同一区段内间距1000m的横向连接处于不同位置的干扰测试0997G范围I、III线09-03-1211多个外部连接通道对干扰电流的影响测试0997G区段I、II、III、IV线09-03-1312传导干扰对地面设备的干扰测试I、III线0997G区段范围09-03-1613单双根贯通地线对被串区段干扰量对比测试I、III线0997G区段范围09-03-18141、内外环传导干扰量对比；2、有无吸上线干扰量对比测试；3、增加断轨条件传到干扰量测试。I、III线0997G区段及外方500m范围09-03-2315牵引电流回流点、站口电流量测试茶山、石龙、樟木头牵引电流回流量测试09-

44、05-1309-05-1516工程方案现场试验樟木头广州方向区间完全横向连接方案运用试验09-5-1817线路正常条件下空间耦合干扰量测试2300HzI、III线间524m长度线路耦合干扰量测试 2300Hz09-7-1518线路正常条件下空间耦合干扰量测试1700HzI、III线间524m长度线路耦合干扰量测试 1700Hz09-7-162、试验结论(1) 钢轨线路间互感M值测试试验1、2取得了邻线及隔线线路间的互感M值，建立了互感M值与线路间距离的数学关系模型。(2) 耦合干扰测试试验3、4得到了多组各实际线间距条件下的的耦合干扰量。(3) 分路位置不同、连接位置不同、及故障位置不同条件下

45、的传导干扰测试试验5、6分析认为：在电路平衡的条件下，相邻的同方向载频线路不会产生干扰，从反面说：若主串线路不存在不平衡，不会向外部发射干扰信号源；若被串线路不存在不平衡，主串线路所发射出的干扰信号不能形成对机车及地面的干扰作用。因此为了得到由于线路不平衡连接所产生的传导信号干扰，必须制造主串和被串线路的不平衡连接条件，设计范围内主要包括：扼流单侧断线故障，空心线圈单侧断线故障以及钢轨断轨等。为了分析主串和被串同时存在不平衡连接条件下的最不利干扰情况，需要将主串回路和被串回路分开进行研究测试，干扰量与主串回路如下三个因素有关：（1）外部连接位置；（2）主串线路区段分路位置；（3）扼流同侧和异侧

46、故障。本次试验定性的得到了上述三个因素对干扰电流的交替波动影响规律，验证了前期的分析结果，为下一步的深入和量化研究奠定了基础。(4) 牵引回流电流及轨面电动势测试试验7实测得到一组牵引电流和钢轨对地电位之间的关系。(5) 钢轨一次参数和线路间回路阻抗参数测试试验1、2、8当钢轨回路出现不对称信号时，与其它线路构成的线路间回路，钢轨参数发生了变化，钢轨增加附加电感，从另一个角度理解，由于钢轨并非是独立的元器件，电感量的形成与信号回路的空间结构有关，因此同一条线路的去回环路与线路间的去回环路不同，通过第1次、第2次试验实测得到了钢轨自身的一次参数，通过第8次试验实测得到了3线对4线、3线对II线，

47、3线对I线的线路间回路阻抗，该参数是传导干扰分析和安全保证的基础，结合理论分析和实测数据建立了线路间回路电感和线间距之间的数学关系模型。(6) 主串不同位置连接、不同位置分路干扰分析结果的测试验证试验9通过对主串横向连接不同位置、分路点不同位置的测试，与仿真模型结果进行对比，完成对仿真模型的验证和修正。(7) 同一区段内间距1000m的横向连接处于不同位置的干扰测试试验10为了得到干扰量的最不利条件，通过仿真平台进行分析，得到了间距相等的横向连接处于主串回路不同位置时的量值关系，通过现场间距1000m的不同位置的横向连接全程分路干扰测试，验证了仿真平台结果。并得到一个定性结论：始端连接发送端时

48、，干扰量最大；同一种连接不同位置分路时，干扰最大值出现在连接点后方23电容间距之间。(8) 多个外部连接通道对干扰电流的影响测试试验11分析认为：外部通道增加后，所增加的通道出现了对干扰电流的分流，因此在其他的外部连接存在时（包括地线、其他线路等），干扰量存在减小的趋势，通过第11次试验，验证了该分析结果。(9) 传导干扰对地面设备的干扰测试试验12在被串区段存在不平衡时，干扰电流环路中的电流将在被串区段接收端产生压差，通过试验12验证了该电压的存在，并通过仿真进行了校正，建立了干扰信号产生干扰电压的电路仿真模型。(10) 单双根贯通地线对被串区段干扰量对比测试试验13本次研究中，包括使用单根

49、还是双根贯通地线的研究内容，通过试验13的试验进行了不同横向连接方式情况下单根和双根干扰量对比测试，可以得到初步结论如下：地线的存在能够形成对干扰电流的分流，抑制干扰量的形成，在一根贯通地线存在的情况下能够使干扰电流量降低到2/3；四线分别连接两根贯通地线（I、II线连接一根地线，III、IV线连接另一根地线）两组线路间无横连的情况下能够使干扰电流量降低到1/3。(11) 内外环传导干扰量对比试验14分析认为，在主串区段发送端不平衡连接处输出的电流向本区段接收器方向和区段外方两个方向通过相邻的横向连接构成干扰电流环路，为了寻求最不利的干扰电流形成条件，必须对这两个方向的干扰量进行对比测试，通过

50、试验14第一部分试验完成了内外环的对比测试，结合仿真验证，认为当横向连接间距相同时，两个方向上的最大干扰量相等。(12) 有无吸上线干扰量对比测试试验14与地线、其他线路一样，吸上线的接入也会使分流通道增多而减小侵入被串区段的干扰量，通过试验14第二部分测试验证该分析，当吸上线接入条件下，串入被串区段的量降低至约2/3。(13) 断轨条件下极限干扰量测试试验14分析认为：主串线路的发送端作为干扰的源头，能够达到最大干扰效果，考虑了扼流引接线单侧断线条件下，附加一个扼流连接点后方钢轨断轨，这样就使得主串区段发送器直接为干扰环路提供能量，该条件下为主串最不利条件。钢轨断轨得以检查能够完成对自身区段

51、的防护，但对于相同方向载频的另一条线路，是无法得到防护的，因此需要考虑主串回路钢轨断轨时对被串回路干扰的情况。第14次试验中在进站口机械绝缘节出模拟了该断轨条件，实际测试结果与仿真相符，干扰量在断轨后比断轨前增加1倍。（14）牵引电流回流点、站口电流量测试试验15对广深线各典型地段进行钢轨回流量测试，为明确扼流变压器设计容量的选择提供了基础依据。（15）工程方案现场试验试验16在樟木头樟木头广州方向区间完全横向连接方案运用试验，将高阻抗扼流变压器用于完全横向连接，通过完全横向连接连接4条线路的钢轨线路，接地并接至架空回流线方案验证试验。通过实际安装及2个月的运用，扼流工作稳定，通过现场实际测试

52、，该高阻抗扼流变压器能够实现对钢轨回路干扰电流的抑制，与分析结论相符。（16）线路正常条件下空间耦合干扰量测试试验17、18 完成对2300Hz和1700Hz条件下，线路间耦合干扰信号对于车载接收和地面轨道电路接收的影响测试，测试结果与理论分析相符。通过仿真模拟的最不利条件能够用于指导工程的运用。七、电气化回流相关部分的分析1、对于扼流变压器容量的分析在ZPW-2000A轨道电路中，为了完成上下行间钢轨的等电位连接和均流，需要进行上下行钢轨的横向连接，横向连接可采用扼流变压器和SVA等设备的中心点进行，与进站口处或机械绝缘节处扼流变压器的使用原理不同，传统的机械绝缘节轨道电路串联在钢轨通道上，

53、钢轨内的电流均要流经扼流设备，如下图所示：区间用于横向连接的扼流是完成向相邻钢轨线路的牵引电流转移，仅在线路间电流不平衡时，线路间电流的转移电流穿过扼流变压器，如下图所示：对于完成横向连接的扼流变，仅在列车前后相邻横向连接线处有线路间电流横向流动， 完成线路间的均流后，线路间电流相等，扼流变不再有电流。复线区段，横向连接多采用空心线圈和扼流共同构成，空心线圈经过全路的长期考验，35mm2的玻璃丝包多股铜线既满足线路间均流的需要，空心线圈可长期通过100安培电流。在500安5分钟均可正常工作。作为横向连接线使用的扼流变压器也与空心线圈具有相同的特点，为了保证扼流磁化条件下的阻抗值和正常条件下的高阻抗要求，扼流变压器必须采用多匝牵引线圈，通过对空心线圈的分析，高阻抗扼流变压器容量应等同于空心线圈的容量，设计为40mm2。2、车站站口的分析对于车站站口，与区间的横向连接扼流变压器情况不同，区间扼流仅完成线路间的横向连接，站口扼流串联在钢轨通道上，除作为横向连接外，还具有连通车站内外方钢轨的作用，长期通过较大电流，因此对于容量的要求大于区间。为了统一设备和取得最大安全性能，车站站口出的横向连接可设置在区间，车站站口既有扼流的仅作为连通钢轨使用，横向连接通过高阻抗扼流完成，由于高阻抗扼流变压器仅作