機車車輛與軌道電路的兼容性標準研究

史宏飛 孫國營

（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

史 宏 飛 ,男 ,碩士畢業(yè)于北京理工大學，工程師。主要研究方向為軌道電路。

1 概述

隨著我國第六次鐵路大提速的實施及高速鐵路的不斷開通運營，列車運行速度和密度不斷提高，車載信號設備對于電碼化信息的各項參數的要求日趨嚴格，對軌道電路安全性與穩(wěn)定性要求也越來越高。軌道電路受到的干擾將直接影響軌道電路設備運行的穩(wěn)定，從而影響到列車運行安全。

軌道電路利用發(fā)送到軌道上的窄帶信號來檢測列車占用狀態(tài)，同時向車載設備提供地面軌道電碼化信息。軌道作為軌道電路的信號傳輸通道，同時也作為重要的牽引電流回流通道，包含有大量的機車車輛的干擾信號，其對軌道電路的正常工作構成了嚴重威脅。因此有必要對機車車輛和軌道電路系統(tǒng)的兼容性進行研究。

ZPW-2000A系列軌道電路作為我國軌道電路的推薦制式，在既有線及新建高速鐵路中廣泛使用。ZPW-2000A軌道電路遵循的不平衡牽引電流基波和諧波抗擾度技術要求為：牽引電流1 000 A、不平衡系數10%，即不平衡電流100 A，諧波的具體分布遵循標準《TB/T 3073-2003鐵道信號電氣設備電磁兼容性試驗及其限值》。

標準《TB/T 3073》中的諧波的具體分布是根據我國早期的韶山機車的干擾特性而制定的。而隨著我國高速鐵路的發(fā)展，利用引進技術生產的CRH系列動車組及HX系列電力機車已陸續(xù)投入使用，并在逐步取代現有車型。這些動車組及機車普遍采用了“交-直-交”傳動系統(tǒng)，整流部分為四象限PWM 整流器，其電路拓撲和電氣特性與以往的韶山系列電力機車有著明顯不同。實測結果表明，其網流中的3、5、7 等低次諧波含量顯著減少，但諧波頻譜變寬，通常在1～10 kHz范圍都存在可測諧波電流[1]。CRH某型動車組牽引工況下網流諧波分布如圖1所示。

因此用標準《TB/T 3073》約束機車車輛的干擾顯然是不合適的，事實上我國對機車車輛和軌道電路系統(tǒng)兼容性的問題尚未有統(tǒng)一的標準進行約束，機車車輛和軌道電路設備往往遵循各自的行業(yè)標準，未能有很好的銜接。

2 《CLC/TS 50238-2:2010》標準

因此本文將介紹歐洲關于這一兼容性問題的標準——《CLC/TS 50238-2:2010軌道交通 機車車輛與列車檢測系統(tǒng)的兼容性 第2部分：與軌道電路的兼容性》。

標準《CLC/TS 50238-2:2010》為保障機車車輛與軌道電路之間的兼容性，規(guī)定了機車車輛產生的干擾電流的限值要求以及驗證機車車輛滿足這些限值要求的測量方法。

2.1 測量方法

備注：冷通道—牽引單元和電源間經軌道形成的回流通道。

熱通道—電源與牽引單元之間牽引電流通道。

Iother—在其他列車受電弓上測量到的電流。

IReturn—在被試列車的受電弓上測量到的電流。

SEval—用規(guī)定的評估方法處理的干擾信號。

STrc—由被試列車形成并在軌道電路接收端出現的實際干擾信號。

UTrc—列車占用時軌道電路接收端測量到的電壓。

圖2給出了一個干擾測量的系統(tǒng)配置圖。利用測量儀器從被試列車的受電弓上測量電流IReturn，并選擇合適的評估方法對IReturn進行評估，以驗證機車車輛的干擾強度。

2.2 評估方法

評估干擾強度的方法主要有時域和頻域分析兩種。

頻域分析：利用快速傅立葉變換對電流進行譜分析，側重于通過觀察試驗頻譜，快速識別被試列車功能正常與否，并與干擾電流限值實時比對。

時域分析：對各軌道電路采用帶通濾波器進行實際RMS測量，側重于評估機車與具體軌道電路頻帶的兼容性。

圖3給出了時域分析的示例。

2.3 兼容性試驗準則

兼容性試驗應在最惡劣的運行條件（正常模式和降級模式）下，驗證列車是否滿足規(guī)定的干擾電流限值要求。

其中被試列車應包括以下配置：全部設備關閉、只運行輔助設備、正常配置下的牽引、運行過程中所有可能發(fā)生的降級模式（例如一個或多個變流器停止工作）、測試過程中被試列車出現故障并且不考慮故障后果，具體見標準《CLC/TS 50238-2:2010》。

另外被試列車應在下列運行條件下進行測量試驗：

1）車輛靜止時啟機再關機；

2）不同干擾條件下以多個速度運行。建議至少選取可能導致最惡劣干擾電流的3個條件：電流最大時的正常速度、允許的最高速度（Vmax）、被試車輛預期電流曲線中任意一點；

3）通過交流或直流供電系統(tǒng)的無電區(qū)；

4）用100%和50%的可用牽引力或最大功率進行加速和減速；

5）試驗應覆蓋可能產生最惡劣干擾的條件并盡量產生最惡劣干擾，具體參見標準《CLC/TS 50238-2:2010》。

2.4 干擾電流限值

標準《CLC/TS 50238-2:2010》給出了歐洲在用的主要軌道電路制式對機車車輛的干擾電流限值要求。該限值根據預期可能發(fā)生的最壞失效條件（例如軌道電流不平衡、軌道或接續(xù)線的損壞），結合軌道電路自身電氣特征來制定。

表1為UM71C干擾電流限值要求。

表1 UM71C、ZPW-2000A干擾電流限值

3 某型動車組兼容性測試結果

表2給出了某型動車組的諧波測量值，可看出該次測試中：

1）1 700 Hz、2 000 Hz、2 300 Hz、2 600 Hz 4個頻帶內的干擾電流值小于0.3 A，符合ZPW 2000A軌道電路兼容性要求；

2）1 500～3 000 Hz（除4個90 Hz頻帶）的干擾電流大于3 A，不符合ZPW-2000A軌道電路兼容性要求。

因此該型動車組不符合ZPW2000A軌道電路兼容性要求。

表2 CRH某型動車組牽引工況下干擾電流測量值

4 結束語

本文介紹了歐洲關于機車和軌道電路兼容性問題的標準，列舉了其測量結構、評估方法、兼容性試驗準則、干擾電流限值，并給出了某型動車組針對ZPW-2000A軌道電路的兼容性測試結果。

該標準有助于提高機車和軌道電路的兼容性，有利于軌道電路的穩(wěn)定運行，對保障鐵路安全運行有重要意義。

[1]盛彩飛．交流機車及動車組網側諧波的分析與仿真[C]. 2008年中國電工技術學會電力電子學會第十一屆學術年會．杭州：中國電工技術學會，2008.

[2] CENELEC. CLC/TS 50238-2 Railway applications-Compatibility between rolling stock and train detection systems-Part 2: Compatibility with trac k circuits[S].2010.