轨道交通 机车车辆与列车检测系统的兼容性 第3部分：与计轴器的兼容性 编制说明

6《轨道交通机车车辆与列车检测系统的兼容性第3部分与计轴器的兼容性》（征求意见稿）编制说明1工作简况1.1编制依据根据《国家标准化管理委员会关于下达2023年第一批推荐性国家标准计划及相关标准外文版计划的通知》（国标委发[2023]10号）20230394-T-347项目的要求，由全国轨道交通电气设备与系统标准化技术委员会（SAC/TC278)归口，并由中车株洲电力机车研究所有限公司、湖南中车时代通信信号有限公司、北京全路通信信号研究设计院集团有限公司、中车青岛四方机车车辆股份有限公司、通号（西安）轨道交通工业集团有限公司、成都铁路通信设备有限责任公司共同起草《轨道交通机车车辆与列车检测系统的兼容性第3部分与计轴器的兼容性》。本部分是对GB/T28807.3-2017《轨道交通机车车辆与列车检测系统的兼容性第3部分与计轴器的兼容性》的修订。1.2制修订本标准的必要性计轴器是轨道交通列车检测系统的重要组成，是用于检测轨道区段占用/空闲的安全装置。计轴器在国内轨道交通领域应用较为广泛，但目前使用较多的产品型号大部分为国外进口或者进口后的改进型，国产计轴器型号使用较少。计轴器的传感装置基本为电磁感应式，通过将传感器安装在轨旁以感应车辆车轮经过前后的磁场变化进行计轴，因此计轴传感器属于磁敏感设备，在工作过程中易受到机车车辆车载大功率变频设备及高压电缆对外发射的磁场和车辆通过钢轨回流的轨道电流场干扰。机车车辆与计轴器的兼容性涉及行车安全。伴随着我国机车车辆高速化、智能化和大功率化的技术发展趋势，以及计轴器在轨道交通列车检测系统中的推广应用，两者之间频发的电磁兼容性问题对轨道交通的安全运营带来重大技术挑战。为了解决当前国内轨道交通领域对机车车辆与计轴器兼容性安全认证测试的迫切需求，有必要修订GB/T28807.3-2017，进一步提出明确的兼容性指标并完善测量方法，使标准能够更加有效地用于评估机车车辆的电磁发射对计轴器造成的干扰风险，提高机车车辆在线运行的可靠性和安全性，加速计轴器国产化的发展进程，促进我国轨道交通机车车辆与列车检测系统的安全建设。1.3编制过程在本部分的编制过程中，完成了大量的基础研究和编写工作，并邀请了国内和铁路行业相关领域的专家进行了技术审查，确保了标准的规范性和权威性。本部分编制过程概要如下（1）标准计划下达后，在归口单位组织下，中车株洲电力机车研究所有限公司、湖南中车时代通信信号有限公司、通号（西安）轨道交通工业集团有限公司等单位成立了标准起草组，对机车车辆磁场发射测量、发射信号带通滤波算法分析、计轴器抗扰度测量等技术问题进行了调研，收集了相关技术资料，6形成了工作大纲和本部分的草案稿。（2）2023年8月24日，全国轨道交通电气设备与系统标准化技术委员会在成都组织召开了国家标准工作组线下会议。标准工作组对前期工作和标准草案深入讨论研究后，2023年9月形成了本部分的征求意见稿（SAC/TC278〔2023〕52号），归口单位将征求意见稿发往中车青岛四方车辆研究所有限公司、中车株洲电力机车有限公司、中车株洲电力机车研究所有限公司、中车戚墅堰机车有限公司及中车大连机车车辆有限公司等单位进行意见征集。（2）本部分起草单位和起草人承担的起草工作见表1。表1起草工作分工表1中车株洲电力机车研究所有限2湖南中车时代通信信号有限公司3中车株洲电力机车研究所有限3北京全路通信信号研究设计院4中车青岛四方机车车辆股份有56成都铁路通信设备有限责任公司2编制原则2.1标准格式统一、规范，符合GB/T1.1-2020要求。2.2标准内容符合统一性、协调性、适用性、一致性、规范性要求。2.3标准技术内容安全可靠、成熟稳定、经济适用、科学先进、节能环保。2.4标准实施后有利于提高铁路产品质量、保障运输安全，符合铁路行业发展需求。3主要内容3.1本部分规定了机车车辆的发射干扰限值以及验证车辆与计轴器兼容性的测量和评估方法，还包括计轴器抗扰度测量方法；适用于机车车辆与计轴器之间兼容性的验证。3.2本部分的主要技术要求包括机车车辆磁场发射测量方法、机车车辆窄带发射评估方法及限值、机车车辆宽带发射评估方法及限值、计轴器对均匀和非均匀磁场抗扰度测量方法、计轴器对轨道电流抗扰度测量方法等。与GB/T28807.3-2017《轨道交通机车车辆与列车检测系统的兼容性第3部分与计轴器的兼容性》相比，本部分主要技术变化如下：a)增加了机车车辆发射干扰限值内容（见第1章）；b)删除了可靠性裕量中可接受的错误计数概率要求（见GB/T28807.3—2017的4.2）；6c)删除了可靠性裕量中关于干扰持续时间与磁场限值的关系（见GB/T28807.3—2017的4.2）；d)删除了计轴器参数中关于拐点的技术内容（见GB/T28807.3—2017的4.3）；e)删除了机车车辆发射限值中关于限值应有基础设施管理部门组织利益相关方协商确定的要求（见GB/T28807.3—2017的5.1）；f)增加机车车辆发射限值的要求，将发射限值分为宽带发射限值和窄带发射限值（见5.1）；g)增加了机车发射测量方法中关于环境噪声的测量要求（见5.2.1）；h)更改了测量天线的安装位置要求（见5.2.2，GB/T28807.3—2017的5.2.2）；i)增加了测量天线的其它要求（见5.2.2）；j)更改了车辆试验条件（见5.2.3，GB/T28807.3—2017的5.2.3）；k)增加了基础设施条件（见5.2.4）；l)更改了测量不确定度（见5.2.5，GB/T28807.3—2017的5.2.4）m)删除了机车车辆发射干扰的测量步骤（见GB/T28807.3—2017的的5.2.5）；n)更改了机车发射干扰评估方法（见第6章，GB/T28807.3—2017的5.2.5和5.2.6）；o)增加了基于宽带发射的测量与评估方法，定义了带内评估（傅里叶变换、数字带通滤波、均方根计算）、带外评估以及短时干扰评估的流程及参数（见6.1）；p)增加了基于窄带发射测量与评估方法，包括带通数字滤波和均方根计算的流程及参数（见6.2q)增加了机车车辆窄带发射的具体限值和评估参数（见附录A）；r)增加了机车车辆宽带发射的具体限值和评估参数（见附录B）；s)更改了计轴器抗扰度测试方法（见附录C，GB/T28807.3—2017的附录A）。3.3本部分符合法律、行政法规的规定。3.4本部分依据《轨道交通机车车辆与列车检测系统的兼容性第3部分：与计轴器的兼容性》（PDCLC/TS50238-3:2022）、《轨道交通机车车辆与计轴器的兼容性测试》（EN50592:2016）、《轨道交通泛欧洲铁路系统互操作性用列车检测系统的技术参数第2部分：计轴器》（EN50617-2:2015)，结合计轴器在我国轨道交通列车检测系统中的实际应用编制。3.5经起草组研究分析，没有与本部分相关联的国铁集团企业标准和标准性技术文件。3.6与国际、国外同类标准技术内容的对比情况GB/T28807.3-2017是参考《轨道交通机车车辆与列车检测系统的兼容性第3部分：与计轴器的兼容性》（DDCLC/TS50238-3:2010）编制的。DDCLC/TS50238-3:2010是欧洲电工委员会早期发布的关于机车车辆与计轴器兼容性的技术规范，技术内容包括机车车辆发射和计轴器抗扰度两方面。由于涉及到了测量方法和干扰限值等细节内容，考虑到实现测量方法和干扰限值的标准化可能是一项长期研究工作，DDCLC/TS50238-3:2010在当时仅作为技术规范，尚未达到标准层面，因此IEC未对该部分进行国际标准转化。欧洲电工委员会在后续对DDCLC/TS50238-3:2010的修订中，为了要建立完整的标准体系，将DDCLC/TS50238-3:2010的技术内容进行了拆解形成了发射和抗扰度两个系列。基于50238-3:2010中的机车车辆发射测量评估方法进行了大量技术修订，最终制定了《轨道交通机车车辆6与计轴器的兼容性测试》（EN50592:2016）标准；基于DDCLC/TS50238-3:2010中的计轴器抗扰度测量方法进行了大量技术修订，最终制定了《轨道交通泛欧洲铁路系统互操作性用列车检测系统的技术参数第2部分：计轴器》（EN50617-2:2015)标准；基于DDCLC/TS50238-3:2010中的干扰限值进行了技术修订并且只保留原理性的介绍内容，形成了PDCLC/TS50238-3:2013修订版，并且后续每次修订都仅是根据最新应用的计轴器型号增加附录A中的干扰限值类型，直至形成目前的PDCLC/TS50238-3:2022修订版。历经10余年，欧洲包括EN50238-3、EN50592以及EN50617-2在内的机车车辆与计轴器兼容性标准体系已经基本建成，该体系中各标准在技术层面上的关联关系可以简单概括为：采用EN50617-2可获取不同类型计轴器的抗干扰限值，干扰限值会被纳入PDCLC/TS50238-3中，采用EN50592可获取机车车辆发射干扰值，将车辆发射干扰值与PDCLC/TS50238-3中的干扰限值进行对比以判断机车车辆是否有干扰计轴器的风险，即两者之间是否符合电磁兼容性。《轨道交通机车车辆与列车检测系统的兼容性第3部分：与计轴器的兼容性》（GB/T28807.3-2022）重新整合了欧洲电工委员会基于拆解DDCLC/TS50238-3:2010所建立的机车车辆与计轴器兼容性标准体系，将技术内容分为机车车辆发射和计轴器抗扰度两方面。机车车辆发射中的测量与评估方法是参考EN50592:2016编制；机车车辆发射中的干扰限值是参考PDCLC/TS50238-3:2022编制，计轴器抗扰度中的测量方法是参考EN50617-2:2015编制。整个编制过程中结合了计轴器在国内轨道交通列车检测系统中的应用情况，将机车车辆与国产化计轴器型号的兼容性测量评估参数和干扰限值纳入了标准中。3.7经起草组分析研究，没有与本部分主要技术内容相关联的现行国家标准、行业标准。4关键指标和预期效益4.1机车车辆发射干扰限值的确定（关键技术性修订）对计轴器在国内轨道交通列车检测系统中的应用情况进行充分调研，对确定机车车辆发射干扰限值的试验方法进行深入分析，提出了基于各类计轴器型号的机车车辆发射干扰限值，下面给出了确定两款国产化计轴器干扰限值的试验验证过程。4.1.1试验系统4.1.1.1被试设备（EUT）本试验中的被试设备为中国通号成都铁路通信设备有限公司生产的CC200K和CC32K型两款国产计轴器，具体技术参见表2。表2CC200K和CC32K型计轴器技术参数其中CC200K为单侧轮缘式计轴器，轨旁传感器中包含一个励磁线圈和两个感应线圈，安置在钢轨单侧，见图1。CC32K为双侧轮幅式计轴器，轨旁传感器中包含两对励磁/接收线圈，安置在钢轨两侧，见图2。两种计轴器对车轮的感应方式（轮缘/轮幅）不同。以CC200K计轴器为例，其计轴原理可简单概括为：励磁线圈持续对外发射频率为250kHz的正弦工作信号，当有车辆经过时车轮轮缘会造成的两个6感应线圈的感应电压幅值变化，并且由于两个感应线圈之间存在一定距离造成产生的计轴脉冲信号时序不一致，最终两路信号叠加在一起形成具有一定规则形状的数字轮脉冲信号（下图3中未给出），系统会根据轮脉冲个数进行计数以及根据轮脉冲形状判断车辆行驶方向。图1CC200K型单侧轮缘式计轴传感器图2CC32K型双侧轮辐式计轴传感器图3单侧轮缘式计轴器计轴原理4.1.1.2磁场发射天线（FGA）在计轴器抗扰度试验中，根据EN50617-2制作了带有2个绕组的方形环天线以产生均匀磁场，天线边长达到55cm以实现良好的磁场均匀度，见图4，在距离FGA中心点300mm的范围，磁场均匀度小于1.6dB。6图4FGA磁场均匀度示意图FGA的阻抗测试曲线如下图5所示，结果显示在1MHz以下的频率范围内天线的阻抗线性度较好，在两种计轴器工作频率范围内（27kHz～31kHz以及250kHz附近）可保证磁场发射强度基本不变（信号源输出一定的条件下）。图5FGA阻抗测试结果4.1.1.3测量天线（MA）在计轴器抗扰度试验中，采用了施瓦茨贝克公司生产的三轴磁场天线以测量被试计轴传感器安装位置处的X、Y和Z方向磁场大小。其中RSAH5324型高频磁场天线适用于CC200K型计轴器抗扰度测试。RSAL5340型低频磁场天线适用于CC32K型计轴器抗扰度测试。天线技术参数见表3。表3MA技术参数两款MA各方向天线系数如图6和图7所示，该系数将用于后期根据MA感应电压转换得到磁场强度。6图6RSAH5324型高频磁场天线天线系数图7RSAL5340型低频磁场天线天线系数MA在轨旁的安装示意见图8。采用MA进行测量时应拆除轨旁计轴传感器，MA的测量结果会决定计轴器的抗扰度指标，因此MA的安装位置需保持与被试计轴传感器一致。EN50592表明如表4所示MA安装位置参数是根据现有各类型计轴传感器的实际安装位置的算术平均值计算得到，与表中位置参数偏差小于3mm对测试结果基本无影响（＜1dB）。6图8MA安装示意图表4MA安装位置参数要求型号Y1AZ1BRSAH5324高频磁场天线94mm143mm73mm41mmRSAL5340低频磁场天线94mm139mm68mm36mm4.1.1.4信号发生器在计轴器抗扰度试验中，采用了一个可产生连续和间歇式正弦波的信号发生器，型号为Agilent33320A，信号幅值输出范围为10mVpp～10Vpp。4.1.1.5功率放大器在计轴器抗扰度试验中，为避免干扰信号强度不足，因此配置了一个独立的功率放大器，型号为日本岩琦公司生产的SY-5001，具体技术参数见表5。表5功率放大器技术参数4.1.1.6电流探头在计轴器抗扰度试验中，采用了FCC公司生产的F-52A型电流环以监测FGA天线上电流大小，工作带宽为DC～500MHz。4.1.1.7频谱仪在计轴器抗扰度试验中，采用罗德施瓦茨公司生产的ESR3型频谱接收机以接收MA测试结果和FCC电流环测试结果。工作带宽为9kHz～3.5GHz。4.1.1.8示波器在计轴器抗扰度试验中，采用泰克公司DPO4014B型示波器以监测计轴器受扰情况下产生的杂散轮脉冲信号。4.1.2试验判据本次计轴器抗扰度试验对象为计轴系统中的轮轴计数检测器（ACD即包括轨旁计轴传感器和检测电路，不包括室内评估单元，其电气原理示意图见图9。6超过敏感度极限（抗扰度）的判据指当干扰磁场导致ACD的检测电路输出信号状态变化，即产生一个或多个干扰脉冲。室内评估单元中用于校正车轮脉冲或通过误差校正来消除错误计数的算法没有被考虑在内。图9轮轴计数检测器（ACD）电气原理示意图轮轴计数检测器会采用各种滤波技术和算法处理干扰脉冲，在保障安全性前提下最大程度地提高可靠性。示例：——非线性脉冲滤波器过滤脉冲宽度小于车轮检测最小宽度的脉冲；——当计轴器处于占用状态时拒绝接受单个通道的车轮检测脉冲。以CC200K型计轴器为例，其在无车轮时的受扰实际过程见图10。图中蓝色线为外界瞬态的脉冲式正弦干扰信号（图中为进行对比将幅值缩小了100倍频率为250kHz（与CC200K工作信号频率相同持续时间为1.5ms。黑色线为轨旁计轴器传感器接收到的工作信号送检测器内部进行整流输出的模拟电压信号（正常无车轮无干扰时稳态约为380mV），该电压信号后续会送判决比较器以产生如图红色线所示的计轴信号，判决逻辑简单概述为：ACD检测电路每隔60us的周期会对该模拟电压进行连续采样，采样持续时间为1.5ms（该采样持续时间主要考虑车辆运行速度等），当整个采样时间内所有采样点的电压均值低于稳态的75%时（例如车轮驶入或者受扰开始），图中红色线所示的计轴信号开始动作，当整个采样时间内所有采样点的电压均值高于稳态的86%时（例如车轮驶出或者受扰结束），计轴信号停止动作，整个过程会形成一个计轴数字脉冲或者干扰脉冲。以上整个判决过程除了采样均值计算还会涉及更复杂的迭代算法以抑制无车轮经过时受扰产生的干扰脉冲。图10CC200K型计轴器受扰过程示意图64.1.3试验方法及结果4.1.3.1测试设置如图13所示，计轴传感器被安装在长度为1m的50kg/m钢轨上，为保证传感器周围0.8m空间范围内无金属，钢轨被布置在距离地面1m高的木制桌上。计轴传感器一端连接计轴主机（包括检测电路和室内评估单元试验过程中计轴器保持正常工作，通过示波器监测检测电路输出信号的状态变化。FGA与信号发生器和功率放大器相连以产生频率和幅值可调的连续或间歇式正弦干扰信号。如图11和12所示，试验过程中FGA基于以计轴传感器为中心的坐标面（例如X-Z面和Y-Z面）进行旋转，以产生不同方向的干扰磁场和确定FGA最敏感角度αms，在Y-Z面旋转过程中FGA中心点与计轴传感器中心点距离保持为30cm，以确保磁场均匀性。FCC电流环和MA与频谱仪连接，分别监测FGA电流和计轴器传感器位置处的干扰磁场。使用MA测量时应拆除钢轨上的计轴传感器。图11Y-Z平面均匀磁场抗扰度测试设置(α=0°前视图）FGAFGA中心点与钢轨中心对齐图12X-Z平面均匀磁场抗扰度测试设置(α=0°侧视图）6计轴传感器计轴传感器 计轴主机 FGA示波器电流环功率放大器频谱仪发生器a）Y方向均匀磁场抗扰度测试实际布置示意图b）Z方向均匀磁场抗扰度测试实际布置示意图c）X方向均匀磁场抗扰度测试实际布置示意图图13X、Y和Z方向均匀磁场抗扰度测试实际布置示意图4.1.3.2均匀稳态磁场抗扰度测试步骤及结果对于稳态抗扰度试验，采用连续正弦波形作为测试信号。测试信号的频率在ACD的已知工作频率范围内进行调整，以建立实际抗扰度频率范围。试验按照以下步骤确定了X-Z平面和Y-Z平面的稳态抗扰度：1、将信号发生器的频率设定为ACD的最敏感频率fGen，见表6。表6ACD最敏感频率型号最敏感频率kHzCC200K250CC32K27.9、30.6（分别对应两对励磁/感应线圈）2、将FGA安装在以下位置：a）在Y-Z平面角度α=0°的位置（磁场发射方向为Y方向，见图13a）；b）在Y-Z平面角度α=90°的位置（磁场发射方向为Z方向，见图13b）；c）在X-Z平面角度α=0°的位置（磁场发射方向为X方向，见图13c）。6逐步提高信号发生器输出幅值直至超过设备额定阈值（发生状态变化，参考第5章）。记录每个安装位置下超过抗扰度阈值时的FGA电流幅值，见表7。表7每个安装位置下超过抗扰度阈值时的FGA电流幅值3、在Y-Z平面找到FGA的最敏感角度αms（见图11Y-Z面均匀磁场抗扰度的测试设置（前视图），对应于ACD的最低抗扰度水平），α的步进建议为10°,见表8。表8FGA不同安装角度下的ACD抗扰度水平图14在Y-Z面旋转FGA寻找最敏感角度αms4、将计轴传感器更换为MA。参考步骤2，设置相同的FGA位置和FGA电流幅值，并记录MA以下每个方向上测量的磁场：a）在X-Z平面角度α=0°的位置，记录X方向磁场；b）在Y-Z平面角度α=0°的位置，记录Y方向磁场；c）在Y-Z平面角度α=90°的位置，记录Z方向磁场。MA测量的磁场强度见表9。表9MA测量的磁场强度5、如果步骤3中最灵敏的角度为20°<αms<70°,则校正步骤4中的测量值：Y方向：Hy，correct（cms）=6根据上述公式进行校正并且增加9dB裕量，最终得到机车车辆的磁场发射限值，如表10所示。表10机车车辆磁场发射限值4.1.3.3瞬态抗扰度/间歇式抗扰度测试步骤及结果进行瞬态干扰抗扰度测试的目的是为确定ACD对不连续干扰的响应，从而获取ACD的积分时间。积分时间是ACD的时间常数，由ACD的检测电路设计决定，是ACD抗扰度的重要指标。它表征ACD的抗扰度随瞬态干扰持续时间的缩短而上升的范围。在车辆兼容性测试中，积分时间是评估测量结果的重要参数，被定义为计算带通滤波器输出均方根值的窗口大小。ACD抗扰度随干扰持续时间的变化见图15。图15ACD抗扰度随干扰持续时间的变化对于瞬态干扰抗扰度测试，应采用间歇性正弦波作为试验信号。ACD对不连续的正弦波的响应原理6H（t）——试验信号，单位为微安/米(v（t）——检测信号，单位为毫伏（mV）；）；T——重复间隔，单位为毫秒（ms）；T——干扰持续时间，单位为毫秒（ms）；T——系统响应时间，负半波，单位为毫秒（msU——设备门槛值，单位为毫伏（mV）。图16ACD对间歇性正弦波干扰的响应试验中按以下步骤确定瞬态干扰的动态抗扰度。1、选择FGA敏感平面（X-Z平面或Y-Z平面），为了使用较低的干扰磁场强度，将天线安装在Y-Z平面上，使其处于测量的最灵敏角度αms（见图11Y-Z方向均匀场的测试设置（前视图。2、将信号发生器频率设定为传感器最敏感的频率fGen。3、设置TRep不小于0.5s（除非系统从瞬时信号状态恢复的时间是确定的）；4、将TD设置为ACD最敏感频率fGen的一个周期TGen。5、逐步提高干扰强度（增大信号发生器的输出幅值）直至超过设备额定阈值（发生状态变化）。6、记录此时X轴、Y轴和Z轴上的干扰阈值和TD。确定最敏感方向上的干扰阈值-持续时间TD的曲线，如图17所示。由于曲线纵轴以dB为单位，因此可使用以dBuA为单位的FGA电流记录阈值以替代磁场干扰阈值测量，如表10和11所示。表10计轴器在不同干扰持续时间TD下的抗扰度阈值（CC32K型）表11计轴器在不同干扰持续时间TD下的抗扰度阈值（CC200K型）7、增大TD后返回至步骤5。8、重复步骤5～7，直到可以绘制出如图17和图18所示所示的完整曲线。以图17为例，曲线显示了ACD的抗扰度对瞬态干扰持续时间的响应。图中实线表示测量的ACD抗扰度增加量，ACD的积分时间由测量结果的线性插值线（如图中6dB/倍频的虚线所示）与X轴的截止点决定。当瞬态干扰持续时间小于积分时间时，ACD的抗扰度随干扰持续时间的减少而增加。当瞬态干扰持续时间大于积分时间后，ACD的抗扰度基本不再变化，与稳态连续干扰下的抗扰度相等。图17CC32K型计轴器积分时间获取图18CC200K型计轴器积分时间获取4.1.4机车车辆发射干扰限值6根据上述试验结果，对应CC200K和CC32K两款国产计轴器的机车车辆发射干扰限值指标可用表12表示。表12基于CC200K和CC32K型计轴器的机车车辆磁场发射指标值)值)值)74.2机车车辆发射干扰测量与评估方法修订（关键技术性修订）对机车车辆与计轴器兼容性试验中车辆发射干扰的测量与评估方法进行了充分调研分析，结合大量机车车辆与计轴器的兼容性试验经验，删除了机车车辆发射干扰的模拟化测量与评估方法（例如直接使用频谱分析仪测量），原因是机车车辆发射干扰的测量与评估必须考虑各种型号计轴器对机车车辆发射干扰的响应过程，而一般的模拟化测量涉及的模拟测量电路（如模拟带通滤波器）都是固定不变以至于无法根据计轴器型号调整滤波器幅频响应特性，更无法考虑