轨道电路串频干扰原因分析及对策.pdf

7维修技术交流轨道电路串频干扰原因分析及对策陈 波（中国铁路成都局集团有限公司宜宾工电段，四川宜宾 644018）摘要：结合几起典型轨道电路串频干扰案例，分析端子线头短路、线路并行、牵引回流不畅、施工工艺标准、股道单端发码等技术原因，提出改进设计源头控制，规范施工工艺标准，既有线设备测试整治等措施，解决轨道电路串频干扰机车信号的问题，为设计、施工、维护管理提供参考借鉴。关键词：轨道电路；串频干扰；越区传输；磁场耦合；单端发码 中图分类号：U284.2 文献标志码：A 文章编号：1673-4440(2023)Z1-0007-06Analysis of Causes and Countermeasures for Frequence Interference to Track CircuitsAbstract:Based on several typical cases of interference to track circuits caused by interfering frequencies,this paper analyzes the technical reasons such as short circuit at the ends of wires at the terminals,parallel lines,poor traction return current,construction process standards,and single-end code sending of tracks.Measures such as improving control at the design source,standardizing construction process standards,and testing and rectifying existing line equipment are proposed to solve the problem of interference between track circuits and locomotive signals,providing reference for design,construction,and maintenance management.Keywords:track circuit;interference between frequencies;transmission across sections;magnetic fi eld coupling;single-end code sendingDOI:10.3969/j.issn.1673-4440.2023.Z1.003轨道电路作为为列车控制系统提供地面信息的最重要的基础设备，为保证列车的运行安全、高速、平稳、舒适，提供了可靠保障。但是轨道电路的钢轨通道采用开放式结构，易受外部环境及施工等因素影响，在施工验收、动态检测和日常运营维护中发现还有大量有规律和无规律的工作频率干扰，对列车运行产生不利影响，甚至发生司机根据邻线干扰信号，错误开车冒进出站信号、进入区间等险性行车事故。本文结合动态检测和日常维护中系列轨道电路串频干扰案例，经过机理分析、现场排查，找出了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，针对性提出解决方法和措施，彻底消除安全隐患，从而保证轨道电路安全稳定工作，减轻现场维护人员的工作压力。轨道电路串频干扰主要分为邻线干扰和邻区段干扰两大类，还包括牵引回流对轨道电路串频干扰等因素的影响。1并行区段邻线干扰邻线干扰是相邻股道或上/下行并行线路间，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8维修技术交流通过相邻线路回路间的电感耦合、轨条间的电容耦合及轨条间道砟电阻漏泄传导形成的干扰。对于ZPW-2000 轨道电路，并行干扰是客观存在的。如果都是移频区段，则信干比是符合技术条件的。但在特殊情况下，无码区段受到的移频干扰信号仍将干扰机车信号车载设备。1.1股道并行发码串频干扰在股道存在单端发码方式，当列车在股道折返作业时，在未开发信号前，本务端将无码，容易受到干扰。如图 1（a）所示，曾发生邻线开放出发信号、本线收到邻线干扰的双黄码，两个股道的列车同时向一组道岔开车的安全事故，所幸 ATP 经过出站应答器时触发紧急制动，未造成侧面冲撞的严重后果。图股道并行区段串频干扰整治示意XB车A车无码变UU码XS无码HU码UU码S（a）整改前，存在并行区段串频干扰XB车A车HU码XHU码 GGGGHU码UU码SS（b）整改后，双端发码及股道分割如图 1(b)所示采取股道中部分割方案，在列车正常进入股道的第二个区段时，设计电路对股道第一个区段实施发码转向，确保在未开放反向出站信号机的情况下，股道第一个区段发送 HU 码，邻线干扰信号远小于本区段发送的正常信号，对 18 节重联或长编动车组运行时，能有效防止股道邻线并行区段干扰，彻底消除安全隐患。同时在确保设备运用可靠的前提下，对既有线单端发码股道及其相邻区段入口电流进行调整，将入口电流值靠下限进行调整。2 600 Hz 调整后入口电流应不低于 550 mA、不高于 1.1 A，1 700 Hz、2 000 Hz、2 300 Hz 调整后入口电流应不低于600 mA、不高于 1.2 A，保证调整后邻线干扰信号电流不超过 100 mA。新建、在建和改建的普速铁路电码化的工程设计，应严格按照国铁集团工电部关于普速铁路车站股道电码化采用双端发码的通知（工电通号电202049 号）的要求，普速铁路车站股道电码化应采用两个发送器双端同时发码进行设计、施工和验收开通。设计部门应充分考虑 8 辆编组动车组长度、车载设备轨道电路天线位置差异及停车位置，在股道中部分割时，要缩短股道区段长度和优化载频配置，分割绝缘节应尽量设置在相同位置，动车折返换端后车载接收天线位置与中部绝缘节位置错开，确保车载设备能正常接收地面信息。1.2道岔区段与区间区段并行串频干扰如图 2 所示，某站动车组在发车进路内无码区段收到地面偶发性载频 2000-2、低频 11.4 Hz 的移频信号，列控车载设备接收并处理，ATP 输出紧急制动造成停车，车载数据显示在 L2DG 内 80 150 m 处收到干扰信号。图道岔区段与区间区段并行串频干扰示意IIAGXGSSLQG(m)-m m mXSXSGDG(m)LLLDGLDG(m)L2DG 长度 641 m，25 Hz 相敏轨道电路预叠加电码化，设有 7 个 80 F 补偿电容。SS1LQG 长度 663 m，载频 2000-2。L2DG 与 SS1LQG 并行561 m。动车组经 L1/L2#道岔反位发车，道岔区段不发码。现场测试 L2DG 轨面，电压 50 80 mV，载频 2000-2，低频 11.4 Hz。关闭 SS1LQG 发码设备后，L2DG 轨面无 2000-2 载频电压。现场拆除L2DG 内全部补偿电容，测试轨面无干扰载频。后续利用该站改造施工，将 L2DG 分割成两个区段，均不设置补偿电容，该问题得到彻底解决。铁路通信信号工程技术(RSCE)2023年11月9维修技术交流1.3道岔区段与站内股道并行串频干扰如图 3 所示，某站 6G 接车时，在道岔区段错误收到 HU 码后又无码，导致 LKJ 自停，车载数据显示在 12-18DG 内收到 2 000 Hz 干扰信号。图道岔区段与股道并行串频干扰示意XXXIV轮对位置LIVGCD-DGGGBA12-18DG 长度 366 m，25 Hz 相敏轨道电路预叠加电码化，设有 3 个补偿电容。2G 为 2000-2移频电码化，2G 与 12-18DG 并行 140 m。列车经18/20#道岔反位进入 6G 接车，道岔区段不发码。全程路基有砟，现场无其他可疑干扰媒介。在 2G未占用时，测试 2G 轨面无 2000 Hz 移频信号，12-18DG 轨面也无移频信号。当模拟 2G 轨面分路时，X2 处为发送端，向 2G 轨面发送 2 000-2 移频信号。当在 2G 不同地点分路时，同时测试 12-18DG轨面，2 000-2 载频电压幅值为 0 120 mV，最大值在距 XII 信号机 140 m 处分路时。当轮对在 2G 轨面 L 处时，钢轨电感与补偿电容 C 形成 2 000 Hz 并联谐振，并且在 X2 处送端发码电流最大，在谐振槽路 A 内形成的谐振电流达6 7A。该谐振电流形成强大的振荡磁场，正好被12-18DG 内的 B、C 谐振槽路接收，形成干扰源。通过拆除 12-18DG 补偿电容，获得较好效果。2相邻区段串频干扰邻区段干扰是同线路两相邻区段间，如股道载频串入道岔区段或电气绝缘节越区传输形成的干扰。2.1股道与相邻道岔区段串频干扰如图 4 所示，某站上行 1G 出发时，机车信号串红黄码。设备基本情况，IIG 为正线，1G 为侧线，1#道岔区段为一送双受区段，道岔极性绝缘为曲股分割，靠近 1G 为主受 1DG，靠近 IIG 为一受1DG1。办理正线发车进路时，道岔区段发码码序与 1LQ 区段一致；办理接车进路时，道岔区段发码码序与 IIG 区段一致。1G 接发车时，道岔区段不发码。分析车载数据，当机车越过 S1 出发信号机进入道岔区段时，机车信号显示半红半黄灯，车载设备错误接收到 HU 码，之后机车信号显示红灯，接收到 H 码，并输出停车信号。图道岔区段串频干扰示意SIIGXIIXGSSIIIIG DGIIAGXG DGDG结合信号平面图及设备里程分析，当机车越过S1 出发信号机持续接收到 HU 码约 50 60 m，与 1DG 至 1#道岔极性绝缘节距离相当。从发码原理看，区段被列车轮对短路，迎着列车运行方向发码，车载设备才能正常接收地面发码信息。从串码信息的走向看，因 1DG 为一送两受区段，可从1DG1、1DG、1DG 三个方向向机车信号接收线圈传输信号。首先排除主受，因是背向列车运行方向的，机车一旦压入信号即被轮对短路，不会再持续接收到干扰载频。若是送端发码，虽然迎着列车运行方向，但是 1DG 整个区段长度约 100 m，而干扰信号只持续了 50 60 m 距离，也不符合实际。若从 1DG1 向 1DG 区段串入，通过极性绝缘后的 3.6 m 跳线迂回到主受，也同样迎着机车发码，列车压过极性绝缘节后不能再接收干扰信号，与车载数据分析一致。综合分析确认，串码信息源从 1G 的 S1 发送盒，经 1DG1，通过极性绝缘后的 3.6 m 跳线迂回到 1DG。对于故障点的查找，需开放上行向 1G 接车信号，占用 1G，此时 S1 发送盒开始发送 HU 码。在机械室分线盘，首先测试 1G 端子，有 26 Hz 的HU 码移频信号；然后分别在 1DG1、1DG 处测试入口电流，均有 HU 码移频信号，但 1DG1 处 HU 码电流值明显高于 1DG ；最后甩开分线陈波：轨道电路串频干扰原因分析及对策10维修技术交流盘 1DG1 端子电缆，测试软线侧仍然有 HU 码干扰信号，而电缆侧无信号，1DG 端子上再无HU 码信号，至此可判断故障点在室内。进一步查找分析，因近期开展综合防雷配线整治，1G 与1DG1 软线线头毛刺短接，1G 的 HU 码信息通过 1DG1 电缆串入 1DG。处理后监测各部数据正常，未再发生串码现象，彻底消除安全隐患。2.2电气绝缘节越区传输干扰电气绝缘节的安设要防止相邻区段信号越区传输，隔离系数 K 是衡量隔离工作性能的一个重要指标，其比值 K=U1/U2，U1 为本区段发送（接收）端调谐单元处加载的 0.6 4.5 V 移频信号电压，U2 为相邻区段接收（发送）端调谐单元处的移频信号电压。相关参数标准要求，越区干扰电压值上限 200 mV，隔 离 系 数 1 700/2 000 Hz 大 于 15、2 300/2 600 Hz 大于 20。分析邻区段越区传输干扰原因，调谐单元器材性能指标、钢包铜引接线指标及施工安装工艺标准等都会影响隔离系数 K，前方区段发送电平功率、机车轮对接触电阻、区段道床电阻、钢包铜引接线与钢轨连接塞钉接触电阻等，也是产生越区传输干扰的重要因素。钢包铜引接线施工安装工艺对隔离系数影响的案例，某站 2AG 载频 2 000 Hz、补偿电容共 17 个，前方区段 4CG 载频 2 600 Hz、补偿电容共 10 个，动检车在 2AG 第 14 个补偿电容处检测到 2 600 Hz 的干扰幅值 380 mV，在线测试调谐单元端子电压、电流、极阻抗、零阻抗值均在指标范围内。现场检查发现钢包铜引接线过长、存在盘绕现象，靠近箱盒处未尽量分开，绑扎未按照四根线平行并拢布设安装后连接至钢轨。引接线过长有效电阻增大，线间互感因素使线的感抗加大、与调谐单元的指标不匹配，改变了并联谐振点与串联谐振点，电气绝缘节的隔离特性受影响，最终产生越区传输干扰。通过更换钢包铜引接线并按照标准施工工艺布设固定，整治前后测试 2AG 发送、4CG 接收轨面电压，计算对比隔离系数，2 000 Hz 由 17.7 上升为 20.4，2 600 Hz 由 10.7 上升为 37.5，测试2AG 越区 2 600 Hz 的干扰幅值降为 22.9 mV，彻底消除了故障隐患。2.3轨道电路“第三轨”影响轨道电路除两根钢轨外，因牵引回流切断点设置不当、钢轨单边接地等原因，还有第三个通道产生电流，形成轨道电路“第三轨”，不仅影响轨道电路正常工作，也会造成机车信号串码。如图 5 所示，在 1G 有车占用，列车通过 IIG 越过出发信号机时，在道岔区段会接收到 1G 的 HU 码（图中虚线所示）。图轨道电路“第三轨”迂回电路示意IGIIGG通过集中监测调阅分析轨道电路日曲线，判断轨道电路是否形成“第三轨”。当整个曲线不平稳或有车占用但分路不良时，对室外两根钢轨分别测试对地电压，有超过 0.5 V 的压差说明轨道电路存在铁路通信信号工程技术(RSCE)2023年11月11维修技术交流“第三轨”。查找形成“第三轨”的原因，应重点检查供电横向连接线和吸上线，工务地锚桩安设及绝缘扣件是否接地、是否有待更换长轨与既有钢轨接触、桥梁护栏是否与钢轨连接，电务牵引回流切断点设置、股道一端扼流变压器中心连接板是否按规定断开，车辆有无红外探测装置，有无外界施工临时设施设备影响等。针对同一轨道箱内有多个轨道电路区段设备时出现相互干扰的情况，存在机车信号与地面信号不一致和信号升级的风险，需开展轨道电路箱盒内部防串码整治工作。首先通过图纸和现场核对，确定放置有多个轨道电路区段设备的箱盒。然后现场进行串码测试，将干扰信号产生的短路电流大于30 mA 且存在串码干扰可能的箱盒纳入整治范畴。轨道电路“第三轨”的整治措施，首先对箱盒内不同轨道区段的配线分把，分开进行绑扎、沿不同径路走线，原则上不动配线，尽量保持美观。其次调整箱盒内器材安放位置，将限流电阻放置在两轨道变压器之间，增加两轨道变压器的间隔距离，或者调整其中一个变压器的摆放方向，由互为平行变为垂直。在上述措施仍不能有效防控干扰时，采用分箱盒的方式，将轨道区段设备单独设轨道箱放置。后续新建线路和站改施工项目，一个轨道区段设备应单独箱盒放置，不得出现同一轨道箱盒放置多个轨道电路区段设备的情况。3牵引回流对轨道电路串频干扰的影响3.1渡线道岔回流切断点设置不当谐波干扰如图 6 所示，某站 10/12#道岔(18 号)曲股渡线为牵引回流通道，道岔结构使得牵引回流存在 20 50 m 的流向相反不平衡区域，两道岔间渡线加装回流点导致牵引回流不平衡区域增加，200H 型动车组在 CTCS-0 区段运行时，STM 接收到牵引回流中移频干扰谐波，造成 ATP 制动停车。经测试分析可知，在两道岔间 92.5 m 范围内两轨中，牵引回流严重不平衡(左轨 77.2 A、右轨 52.4 A)，在分线盘送端 2 000 Hz 干扰信号电压幅值 9.1 V，受端干扰信号幅值 6.8 V。在断开 10/12#渡线绝缘节处中间连接板，SJ-SH 处加装横向连接线，使牵引回流通道直接从正线回流，送端干扰信号电压幅值降为 1.5 V（下降 83%），受端干扰信号幅值降为1.8 V（下降 73%），未再发生动车停车故障。图渡线道岔回流通道整治示意DDGDGVIIIBGSH m mm带绝缘防护外套铜线根DSJ3.2供电馈缆磁场耦合谐波干扰如图 7 所示，某动车所供电 27.5 kV 供电馈缆邻近轨道电路区段敷设，其馈缆中大电流产生的频率 1 750 Hz 干扰谐波信号，通过空间磁场耦合至邻近轨道电路区段，动车组 STM 接收该干扰频率造成制动停车故障。在受干扰轨道电路区段轨面测试，干扰电压幅值为 227 1 493 mV；在分线盘接收端测试，干扰电压幅值为 6 436 42 326 mV。利用单端接地的 U 型铁皮对供电馈缆进行屏蔽，轨道电路区段轨面干扰电压降为 3 81 mV（最大值下降 91%），分线盘接收端干扰电压降为 80 2 284 mV（最大值下降 94%），解决了动车组 STM 接收空间电磁干扰导致停车故障。图某动车所供电馈线干扰原理示意UIIU供电馈线3.3牵引回流经道岔折角回流干扰道岔曲股是牵引回流通道，道岔曲股切割绝缘至岔心段有 20 50 m 不等长度存在相反方向的陈波：轨道电路串频干扰原因分析及对策12维修技术交流牵引回流，如图 8（a）绿线所示。该道岔是拼装岔心，其容性放大了牵引回流的谐波幅值，200H动车组受 2 000 Hz 谐波干扰信号导致停车。如图8(b)红线所示，参照 ZPW-2000A 轨道电路道岔区段施工标准图，在拼装岔芯处加装并联短跳线，问题得以解决。图道岔岔心段折角回流整治示意（a）整改前，存在反向回流机感线圈II（b）整改后，加装并联短跳线机感线圈II4ZPW-2000轨道电路工频谐波干扰在检测车检测过程中，发现某高铁站上行一离去区段 S1LQG 有最大值 240 mV 的 2 000 Hz 干扰信号，现场实测干扰值 210 mV 左右。经了解，在检测出干扰前，信号专业、接触网专业无更换器材、改变结构的施工维修作业，工务部门进行了道床清筛及增添石砟等作业。现场检查发现，存在钢轨两侧石砟堆埋过高、钢轨埋设于石砟中、石砟碰轨底等情况，形成涡流效应。与 S1LQG并行的 SS1LQG、19DG 前期也存在工频谐波干扰及石砟掩埋钢轨的特点，联系工务专业对石砟进行清理整平后，干扰值大幅下降，隐患基本消除。5电缆芯线使用不规范影响做好源头控制，设计、施工时对芯线的使用严格按照普速铁路信号维护规则 高速铁路信号维护规则 ZPW-2000 轨道电路技术条件等相关技术规范的要求执行。电缆使用应满足相关要求，两个频率相同的发送与接收不能使用同一根电缆，两个频率相同的发送不能设置在同一屏蔽四线组内，两个频率相同的接收不能设置在同一屏蔽四线组内，电缆中各发送、各接收线对必须按四芯组对角线成对使用。备用芯线必须成对更换，发送的备用芯线替换某一载频线对后，备用四芯组中不得再替换相同载频的线对；接收的备用芯线替换某一载频线对后，备用四芯组中不得再替换相同载频的线对；更换后必须标注其他备用芯线的使用限制要求。否则将造成串码或导致轨道电路失去分路防护。6结束语通过上述分析可知，对于施工验交、动态检测和日常运营中发现的轨道电路串频干扰，深入分析原因，找准故障点并正确处置，是能够有效消除设备缺陷和安全隐患的。在设计、施工、验收、维修运营中，参照上述措施和建议执行，就能确保行车效率和运行安全。参考文献1 中华人民共和国国家铁路局.ZPW-2000 轨道电路设备:TB/T 3532-2018S.北京：中国铁道出版社，2018.2 中华人民共和国国家铁路局.ZPW-2000 轨道电路技术条件:TB/T 3206-2017S.北京：中国铁道出版社，2017.3 中国铁路总公司.普速铁路信号维护规则：铁总运 2015238 号 S.北京：中国铁道出版社，2015.4 中国铁路总公司.高速铁路信号维护规则：铁总运 2015322 号 S.北京：中国铁道出版社，2015.5 中国国家铁路集团有限公司.国铁集团工电部关于普速铁路车站股道电码化采用双端发码的通知：工电通号电 202049 号 S.北京：中国国家铁路集团有限公司，2020.（下转 53页）铁路通信信号工程技术(RSCE)2023年11月53维修技术交流图分路报警时功出、轨入、主轨出频域功出轨入主轨出f=.Hzf=Hz常的轨道电路 FSK 信号对比，得出此车站内的轨道电路系统正常工作，没有产生故障，引起报警的该信号是 1 750 Hz 的牵引谐波（35 次工频谐波）。5结论通过上述分析可知，某车站 1G 的分路时超限报警问题不是轨道电路自身故障引起的，而是由室外的 1 750 Hz 的牵引谐波分量引起的。由于监测曲线取的是带内信号（50 Hz）的有效值，所以该信号会引起监测曲线波动；但该信号不具备 FSK 信号特征，接收器不会识别，不会导致轨道继电器吸起。解决此分路超限问题需要查找干扰源，干扰源可能来源有：牵引网、电力机车、与钢轨长距离其并行的供电电缆等。参考文献1 赵 自 信.ZPW-2000A 无 绝 缘 移 频 自 动 闭 塞系统的技术综述 J.铁路通信信号设计，2003(S1):12-19.2 杨仲卿.轨道电路分路残压定压测试器校准方法探讨 J.铁道技术监督，2007，35（6）：30-32.3 郭红星.轨道电路 FSK 移频信号参数检测方法研究与实现 D.西安：西安工业大学，2011.4 赵胜凯，邱宽民，赵明.在调幅干扰下的 UM71轨道电路信号的频域识别 J.铁道学报，2001，23（2）：109-111.5 陈姝姝，田慕琴，宋建成.基于 FSK 的 ZPW-2000A 轨道电路仿真研究 J.现代电子技术,2018,41（20）：57-59，64.6 中华人民共和国国家铁路局.ZPW-2000 轨道电路技术条件:TB/T 3206-2017S.北京：中国铁道出版社，2017.7 宋秀秋.轨道电路分路不良问题应对策略 J.减速顶与调速技术，2021（3）：10-11，16.8 崔勇，唐乾坤，杨世武.基于调整表优化的轨道电路牵引电流干扰防护研究 J.铁道学报，2018，40（12）：71-80.（收稿日期：2023-06-20）（修回日期：2023-09-21）（上接 12页）6 中华人民共和国国家铁路局.高速铁路设计规范：TB 10621-2014S.北京：中国铁道出版社，2015.7 中华人民共和国国家铁路局.铁路信号设计规范：TB 10007-2017S.北京：中国铁道出版社，2017.8 中华人民共和国铁道部.铁路车站电码化技术条件：TB 2465-2010S.北京：中国铁道出版社，2010.9 中国国家铁路集团有限公司.CTCS-3 级列控车载设备技术规范：Q/CR 744-2020S.北京：中国国家铁路集团有限公司，2020.10 黄晓东，朱伟.ZPW-2000 无绝缘轨道电路邻线干扰分析与处置 J.铁路通信信号工程技术，2020，17（3）：101-104.（收稿日期：2023-03-23）（修回日期：2023-09-07）*张良军：ZPW-2000A轨道电路分路超限报警问题案例分析