“ZPW2000A轨道电路工作频率干扰”的技术分析及对策

“ZPW2000A轨道电路工作频率干扰”的技术分析及对策北京全路通信信号研究设计院研发中心2008年11月铁道部电务技术交流材料轨道电路工作频率干扰一、邻线干扰二、邻段干扰三、电缆串音干扰四、不正常干扰的故障现象、原因分析及处理方法五、故障处理举例六次大提速动车组开行后，铁道部综合检测车在六大干线区间、站内大面积的测试中，都发现了大量有规律和无规律的工作频率干扰信号。据此，在铁道部和各路局的努力下，检查出设计、施工、维修等多方面问题，消除了安全隐患，效果显著。运输局基础部异常重视。责成我院与有关单位，及早查清正常与非正常干扰的原因、干扰量值、干扰的危险性，做出理论分析，提出干扰量值标准和解决办法，总结出相关案例，配合全路维修工作。

概述邻线干扰:相邻线路间，通过电感耦合、电容耦合及道碴电阻漏泄传导形成的干扰；邻段干扰:同线路两相邻区段间，信号越过电气绝缘节后形成的干扰。线路干扰分为两大类：概述一、邻线干扰

1、邻线干扰形成原因通过（1）相邻线路回路间的电感耦合（2）轨条间的电容耦合（3）轨条间道碴电阻形成的电流传导其中，以电感耦合为主。

1、邻线干扰形成原因(1)电感耦合由钢轨线路回路间的电磁互感耦合导致，分析中等效为被扰线路串联接入的电压源。原理如下图所示：M为钢轨间的互感系数，I1、I2为主串线路电流，U1、U2为被串线路的感应电压。

1、邻线干扰形成原因(2)电容耦合及道碴电阻传导由两线钢轨电容构成的耦合及道碴电阻漏泄构成的传导电流，分析中等效为并联在被扰线路上的电压源。原理如图所示：C为轨条间的电容，R为道床漏泄电阻。U3为主串线路钢轨间电压，U4为被串线路的干扰电压。

1、邻线干扰形成原因钢轨等效电路在原简单L型节电路基础上加入了通过电感耦合引入的串入钢轨的感应电压U1+U2，在线路上并联接入电压U4，等效电路详见下图：2、邻线干扰分类及现状（1）复线区间邻线干扰上下行之间长距离平行传输，干扰电压长距离累积，在列车压入后，形成短路干扰电流信号。通过列车走行及计算确认，干扰信号断续超过机车信号动作门限值（最大值约400mA）。

鉴于自动闭塞安全设计中，将上下行载频分开设置，机车接收靠上下行载频开关锁定，不产生故障升级，允许正常范围内的干扰量，不存在安全问题。

2、邻线干扰分类及现状（2）区间三、四线邻线干扰下图1、2（或3、4）线间的相互耦合为同方向载频，须通过控制区段长度或衰减干扰信号量值的方法进行防护，目前国内四线尚少，但在广深等线已经设计并运用，已有相应的技术方案进行解决。2、邻线干扰分类及现状（3）车站股道邻线干扰与区间邻线干扰类同，通过列车走行、人工试验及计算，干扰信号断续超过门限值（最大值大于500mA），在没有频率锁定功能的车站，对于邻线同频信号没有防护能力，一旦本区段发送通道故障或其他原因导致本区段无码，很容易出现险情。既有线路曾发生过司机根据邻线干扰信号，错误开行列车至区间的事件。2、邻线干扰分类及现状80年代中期，在站内发送加装故障检测报警前提下，采取信号以强压弱的侧线电码化原则，起到了实用经济的效果。今天看来，安全性差，应视条件，尽早进行解决。技术上未解决前，必须加强日常维护，增强责任感。

3、解决方向及效果解决邻线同频干扰可选取的技术方案（１）长轨道电路分割为短段（２）满足最低道碴电阻入口电流条件下控制电码化电流（３）机车信号目标频率锁定（４）逐段短路消除3、解决方向及效果车站内频率1700Hz与2000Hz为一组，2300Hz与2600Hz为一组，如下图所示：在地面采用干扰抑制补偿器，用调谐短路法，将邻线两种干扰信号量抑制在动作门限以下。防止干扰信号的积累，对本区段的两种载频信号仍呈现规定的电容特性。

3、解决方向及效果3、解决方向及实施效果3、解决方向及实施效果3、解决方向及实施效果

2007年7月25日，在北京局西枣林车站3G、5G进行了邻线干扰量的现状和改善效果的测试（3G为主串线路，5G为被串线路），测试数据如下图所示：

主串区段被串区段3、解决方向及效果测试数据分析

5G实测数据结果主串轨道电路出口电流为2.68A时被串干扰信号解决前后对比示意图超过动作门限改善效果3、解决方向及效果测试数据分析

根据电码化既有标准，出口电流为6A时，5G邻线干扰量折算结果电压

(V)[注：主串线路电流增大时会导致干扰信号等比增大，上图为基于本次测试结果折算在出口电流为6A条件下的干扰信号量]超过动作门限改善效果3、解决方向及效果根据测试数据得到如下结论：在电码化既有标准下，站内邻线干扰存在是不可回避的事实。干扰时可造成机车信号动作，影响行车安全。在补偿电容并置“干扰信号抑制补偿器”后，邻线干扰降低到原来的1/5左右，不会造成机车信号误动。……

当前,该“逐段短路法”解决邻线干扰的方案正在进一步完善中。二、邻段干扰1、邻段干扰性质区间相邻区段采用电气绝缘，利用调谐单元零阻抗进行电气隔离。零阻抗可视为一个内阻低的低压恒压源。见下图：串音电流2600Hz被串钢轨回路2000Hz主串钢轨回路2600Hz

2600Hz接收

2000Hz接收

2600Hz发送

2000Hz发送

BA2600

BA2600

SVA

BA2000

BA2000运行方向1、邻段干扰性质根据列车接近，钢轨电感、补偿电容及短路轮对诸参数，必然构成有规律的、每隔3～5个电容出现一次的、逐次减弱的邻段干扰峰值信号。经计算，在道碴电阻1000Ω•km条件下，该峰值信号最大值可达到240～480mA左右，已超过了机车信号的工作门限（200～300mA）。1、邻段干扰性质由于我国自动闭塞是按闭塞分区间隔数量运行，本区段故障，信号丧失，机车接收前方邻段干扰信号为降级信号，无安全问题。在一般线路上，目前尚无设置线路第二道“零阻抗”门槛的考虑。在客运专线上，我院完成了该“门槛”的设计及现场试验，从节省总投资上考虑，工程未使用。

2、邻段干扰的计算与分析（1）邻段干扰机车信号短路电流变化规律及量值列车接近发送端，前端的纵向干扰短路电流距送端以每3-5个电容为一个波峰形式出现，波峰范围约30m。其中，距发送端第一个波峰最高，二、三、四等波峰依次减弱。见下图最大峰值短路电流出现在距发送端约4.1个电容处。该处在1000Ω•km道碴电阻条件下，为360mA；在1Ω•km道碴电阻条件下，为70mA。2、邻段干扰的计算与分析小结：该最大短路电流的计算值，各载频均>240mA，最大在480mA左右，均可构成机车信号的动作。2、邻段干扰的计算与分析2、邻段干扰的计算与分析（2）零阻抗按规定变化，对机车信号短路邻段干扰电流最大值的影响根据计算，外串最大短路电流1700Hz升高10mA，2000Hz升高20mA，2300Hz、2600Hz均下降40mA，见下图：小结：零阻抗在指标范围内的增加，对邻段干扰的量值的影响不大。2、邻段干扰的计算与分析（3）不同长度轨道电路的邻段干扰值通过对两相邻区段各种不同长度轨道电路干扰值的计算，结果如下：①主串区段1350m,被串区段1350m，在调整表规定条件下，1700Hz外串最大电流，道碴电阻在1000Ω•km时可达480mA。见下图：2、邻段干扰的计算与分析②主串区段缩短，发送电平级降低，外串电流按电平比例下降。③主串区段350m,被串区段1350m。外串峰值点仍为原范围。2、邻段干扰的计算与分析④主串区段350m,被串区段750m。由③④可见，被串区段缩短，被串区段电流变化不大。2、邻段干扰的计算与分析（4）道碴电阻下降时。机车信号短路邻段干扰电流随之大幅下降，道碴电阻在1Ω•km条件下，最高峰值电流从480mA下降至175mA左右（下降了305mA）。如下图：2、邻段干扰的计算与分析（5）相邻两区段无车，被串区段串音电压、电流较低。见下图:

条件为：主串2600Hz、1350m/被串2000Hz、1350m。由图可见，钢轨被串电压、电流都很低，送端最高电压110mv、电流80mA。2、邻段干扰的计算与分析（6）被串区段列车分路，机车信号短路电流相位的分析。见右图：零阻抗为一恒压源。随着列车运行，每次被串区段送端向受端的视入阻抗为0°时，均出现电流峰值。3、邻段干扰电流的计算分析小结（1）调谐区“零阻抗”属于前一相邻区段信号的低内阻恒压源。根据列车走行接近“零阻抗”，由轮对短路线、前方钢轨电感及补偿电容，多次构成对相邻干扰信号的低阻抗峰值电流回路。（2）经计算，该峰值电流出现有固定规律。理论计算与实测一致。①峰值的间隔约3-5个电容间距②距本区段发送端第一个峰点短路电流取值约240-480mA左右，以下各峰值逐次递减。③显见，最大峰值电流大小：与前区段发送的电平有关；与“零阻抗”值高低关系较小；在道碴电阻降低时，该峰值电流大幅下降。（3）该干扰信号最大峰值均超过机车信号动作门限，在本区段发送或通道故障时，机车走行过程中，会发生机车瞬间误动，但属于降级显示。无安全问题。4、识别正常邻段干扰信号和非正常邻段信号的方法从“综合监测车日报”感应信号中检查邻段干扰信号出现的部位及幅度变化规律与理论分析是否相符。不符者，即使幅度不过大，也按非正常干扰考虑，需查找原因。三电缆串音干扰序号条件ZCO3电缆两回路各单线接地故障SPT内屏蔽数字信号电缆，回路各单线接地故障芯线不接地正常无故障1不同缆60dB（同频接收max168mV)2同缆、不同四线组40dB（max1.68V)3同四线组20dB（max16.8V)110dB（﹤1mV)4同缆、不同屏蔽四线组70dB

（max53mV)5四线组内非对角线连接56.5dB

（max250mV)电缆串音干扰的成因及典型数据序号条件最大量值安全性稳定性备注1区间邻线干扰机车信号电流400mA方向开关正确，无影响无影响2站内邻线干扰机车信号电流﹥500mA旧电码化技术条件待提高加强维修，处理故障及时3邻段干扰机车信号电流240—480mA故障倒向安全无影响4电缆串音双接地同频168mV古培塘曾发生列车丧失分路加强电缆绝缘测试5其它故障故障难预测，密切重视危及安全干扰对安全性和稳定性的影响四、不正常工作频率干扰的故障现象、原因分析及处理方法四、不正常干扰的故障现象、原因分析及处理方法

现象原因分析处理方法机车信号及接收设备中，本区段以外不正常载频信号干扰一．钢轨对地不平衡（1）电力架空安全地线与线路一条钢轨直接相连需按新标准接至扼流或空心线圈中心线点（2）电力架空安全地线通过“火花间隙”与一条钢轨连接，“火花间隙”埋入土中，或经过"火花间隙"后的连接线埋入土中，造成单轨接地。临时清理，并按新标准改造（3）完全横向连接或电力吸上线处，扼流或空心线卷与钢轨连接线其中一端接触不良，造成钢轨对地不平衡。测量、处理塞钉或连接端头接触不良（4）桥梁钢结构与线路单根钢轨连接接地查找、断开不正常连接点（5）线路地锚拉杆（撑杆）对地未加装绝缘或绝缘破损。（6）红外线轴温探测钢轨安装件损坏，通过管线造成钢轨接地检查地锚对地绝缘（测信号漏流或漏阻）测量钢轨平衡，断开安装件，检查接地四、干扰的故障现象、原因分析及处理方法

现象原因分析处理方法机车信号及接收设备中，本区段以外不正常载频信号干扰二．电缆设计、施工及维护（1）SPT电缆、ZCO3电缆四芯组没有按照红线、白线及蓝线、绿线成对使用，造成电缆串音大幅度增高。通过关断与干扰信号相同载频的发送，确定干扰源；然后通过电缆网络图及配线图寻找可能的干扰段。（2）采用“双绞线对”替代四芯组的对角线对不符合设计规定（3）施工配线图纸错误，如：将上行某区段发送电缆与下行某区段发送电缆错误并联。各自轨道电路接收仍能通过数字解调、正常工作，不易被发现。加强对图纸在设计施工中的审核，加强工程验收、测试及日常维修测试的数据分析。层层把关，及时发现、克服。（4）电缆单线接地，使电缆芯线对地不平衡，产生较大的干扰。特别是相同两载频发送、接收同时通过电缆接地，即使是不同电缆也会造成较大串音，导致故障升级。必须坚持定期测试电缆绝缘，及早发现、及时消除单芯接地的隐患。（5）电缆自动测试设备配线错误，测试过程中，造成两相同载频发送接收的干扰误动。注意发现列车分路条件下，接收设备的非正常励磁，并近一步分析其产生的周边条件。四、干扰的故障现象、原因分析及处理方法现象原因分析处理方法机车信号及接收设备中，本区段以外不正常载频信号干扰三．调谐区设备（1）零阻抗端塞钉（或端头）与钢轨、设备接触不良，造成钢轨间零阻抗加大，导致邻段信号外串。从钢轨上测量零阻抗值，并进行分析。（2）施工中，调谐单元安装类型错误，零阻抗超标，无法实现短路，导致信号外串，并使小轨道接收电压过高。从调谐单元两端检查零阻抗值，并进行分析。四．站内回流吸上线点及横向连接线（1）站内吸上线设计错误，两处距离过近。严格按规定间距设计。（2）横向连接线设计错误或施工错误，造成轨道电路间信号的串扰。

执行站内回流“一头堵”的原则；取消不正常的横向连接线。四、干扰的故障现象、原因分析及处理方法现象原因分析处理方法机车信号及接收设备中，本区段以外不正常载频信号干扰五．绝缘破损机械绝缘节破损，导致信号外串。检查绝缘完好。六．站内邻线正常干扰、机车信号误动本区段发送通道故障，机车接收邻线干扰信号，机车信号误动。在非闭环电码化区段不易发现。加强对电码化通道的测试。五、故障处理举例五、故障处理举例１．北京局燕郊车站现场测试发现轨道电路电力安全地线通过火花间隙直接接到钢轨，这属于旧有的标准。S1LQ区段414杆塔电力地线则错误地直接接至钢轨，造成钢轨单侧直接接地，动检车发现干扰信号最大处恰恰位于此附近，该方式造成了轨道电路两轨的对地不平衡，可能是造成邻线干扰信号量加大的原因。拆除后,动检车再次测试，干扰信号消失。五、故障处理举例１．北京局燕郊车站现场测试400mV五、故障处理举例对该区段的钢桥上的进行测试，发现一根钢轨和钢桥电位相近，呈现钢轨对地的严重不平衡。测试也发现桥上的干扰信号最大。拆除钢桥和钢轨的连线，动检车再次测试，干扰信号消失。2．北京局富庄子车站现场测试五、故障处理举例2．北京局富庄子车站现场测试400mV五、故障处理举例机车接收锁频至2300Hz，在接收1700-127.9Hz并混有2300Hz信号的特定条件下，存在车载设备“机停”现象。建议：对车载设备进行相应干扰适应性测试。３．镇江调查测试五、故障处理举例现场异常数据阶段统计序号原因数量占总量百分比1架空线、地线直接接钢轨189.5%2杆塔地线火花间隙与钢轨连接，火花间隙埋入土中42.1%3火花间隙与钢轨中引线埋入土中42.1%4桥梁金属件与钢轨相碰21.1%5两吸上线间距过短10.5%6地锚无绝缘5026.5%7地锚绝缘下降84.2%8地锚绝缘损坏10.5%9怀疑地锚绝缘不良3015.9%10空扼流特性不良42.1%序号原因数量占总量百分比11怀疑空扼流特性不良21.1%12引接线与钢轨接触不良10.5%13怀疑平交道口钢轨造成对地不平衡10.5%14护轮轨通过夹板与承重轨连通10.5%15电缆屏蔽地线固定松10.5%16电缆芯组使用错误21.1%17调整站内轨道入口电码化电流21.1%18怀疑调谐单元故障2111.1%19原因不明3619.0%附件：ZPW-2000A轨道电路

防止工作频率干扰的维修及施工技术要求一.总则二.对外部设备的要求三.对信号设备的要求一.总则1.复线区间ZPW-2000A轨道电路上下行线路采用频率防护，机车信号载频切换（上下行）开关应正确使用。2.应从施工、维修上严格保证轨道电路完全横向连接点以外，其它点均不得接地，并保证两根钢轨对地的电压平衡。3.应从维修上严格控制站内轨道电路电码化最大入口短路电流，对于电码化发送故障必须及时处理，防止邻线干扰引起的不安全因素。4.区间轨道电路电平等级严格按设计调整表进行。二.对外部设备的要求1.牵引回流吸上线及电气化杆塔(1)根据《铁路信号设计规范》（TB10007-2006）的原则要求：①接触网杆塔地线、桥梁等建筑物地线不得直接与钢轨相连。同时严禁经火花间隙与钢轨连接。②在采用综合接地体条件下，接触网的杆塔地线、桥梁等建筑物的地线，只允许接至完全横向连接点的空心线圈中点或扼流变压器中点。③吸上线或PW保护线应接在完全横向连接点的空心线圈中点或扼流变压器中点。二.对外部设备的要求(2)对杆塔地线通过火花间隙与单根钢轨相连的方式应逐步改造。对暂未改造的应注意：①杆塔地线不得直接接至钢轨；②火花间隙以及至钢轨间的引接线均不得埋入土中，构成钢轨接地

二.对外部设备的要求2,工务线路的地锚拉杆（或撑杆）（1）必须加装良好绝缘，绝缘件不得损坏或缺失；（2）绝缘以及至钢轨间的连接段均不得埋入石碴或土中;（3）在线