列車運行過程中的電磁干擾對地鐵信號系統(tǒng)的影響摘 要 列車運行過程中,電力牽引對地鐵信號系統(tǒng)的干擾是業(yè)界關(guān)注的問題。通過現(xiàn)場測試,分析了列車運行過程中產(chǎn)生的電磁干擾信號對軌道電路、車上信號、車地通信信號等的影響。單列列車運行時所產(chǎn)生的電磁干擾值在允許范圍內(nèi),對信號系統(tǒng)的軌道電路、車上信號等的影響很小。關(guān)鍵詞 地鐵,信號系統(tǒng),電磁干擾,音頻軌道電路 電力牽引對軌道電路傳輸系統(tǒng)的干擾,不是供電系統(tǒng),主要是列車運行期間,由于電源波動、整流件換向、大負載變化、列車起動或制動、供電臂切換、車輛逆變[1]等的影響。列車在鋼軌上運行時,是否會產(chǎn)生大量對信號傳輸系統(tǒng)的電磁干擾信號,從而引起軌道電路“紅光帶”,甚至造成道岔區(qū)段“絕緣節(jié)”燒毀的故障,是信號界關(guān)注的問題,也是現(xiàn)場維護所關(guān)心的。本文通過現(xiàn)場測試,對在列車運行過程中產(chǎn)生的電磁干擾信號是否會影響信號系統(tǒng)的軌道電路、車上信號、車地通信(TWC)等進行分析。1 列車運行過程與牽引電壓電流變化關(guān)系 通過動態(tài)在線監(jiān)測,全線僅一列試驗車運行時, 牽引電壓、電流隨列車運行狀態(tài)而有明顯變化。實際監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,1500V“直流”與理想24脈波相差甚遠。測試結(jié)果如圖1所示。
從圖1中可以看出,接觸網(wǎng)直流電壓的最大值約為1800V,最小值約為1500V,則接觸網(wǎng)波動約為20%。在列車向接觸網(wǎng)要電的時間段A1→B1和A2→B2,接觸網(wǎng)直流電壓的跌落電壓幅度超過200V。在接觸網(wǎng)直流電流保持恒定的時間段B1→C1和B2→C2,接觸網(wǎng)直流電壓也保持了恒定。在列車逐漸停止向接觸網(wǎng)要電的時間段C1→D1,接觸網(wǎng)直流電壓逐漸升高。當列車停止向接觸網(wǎng)要電時,接觸網(wǎng)直流電壓基本保持在1700V左右。在列車制動過程中,車輛最大逆變反饋電壓幅度約為150V;在停車期間,逆變引起的電網(wǎng)電壓有約50V的波動,這與12相24波頭全波整流[2]脈動系數(shù)約50V相吻合。2 對軌道電路干擾分析 隨列車的運行,測得音頻軌道電路工作范圍內(nèi)的干擾波形如圖2所示。圖中最上面的橫線表示音頻軌道電路正常工作范圍內(nèi)干擾的限值為600mA[3];A1、B1、C1、A2、B2、C2分別標示了干擾信號變化的特殊點。 從圖2中看到,在列車向接觸網(wǎng)要電的時間段A1→B1和A2→B2,隨著接觸網(wǎng)直流電流的增大,音頻軌道電路工作范圍內(nèi)干擾信號的幅度也不斷增大;在列車停止向接觸網(wǎng)要電的時間段C1→A2,干擾信號仍有一定的幅度,這可能是列車上空調(diào)機組起、停造成的干擾。對測得的所有數(shù)據(jù)進行分析可知,音頻軌道電路工作范圍內(nèi),干擾信號幅度的最大值為300mA,最小值為0,沒有超過限值。3 對車上信號干擾分析 隨列車的運行,測得車上信號工作范圍內(nèi)的干擾波形如圖3所示。圖中最上面的橫線表示車上信號正常工作范圍內(nèi)干擾的限值(為1000mA)[3]。由圖可知,車上信號正常工作范圍內(nèi)的干擾信號幅度最大值為500mA,沒有超過限值。4 對車地通信干擾分析 隨車輛運行而記錄的車地通信信號工作范圍內(nèi)的干擾波形如圖4所示。圖中最上面的橫線表示車地通信(TWC)信號正常工作范圍內(nèi)干擾的限值(為216mA[3]);A1、B1、A2、B2分別標示了干擾信號變化的特殊點。 由圖4可以看到,在列車向接觸網(wǎng)要電的時間段A1→B1和A2→B2,對車地通信信號的干擾波形和接觸網(wǎng)直流電流有對應(yīng)關(guān)系,但干擾波形在個別點會有信號畸變。對所有記錄的數(shù)據(jù)進行分析后可知,車地通信信號正常工作范圍內(nèi)的干擾信號幅度最大值為125mA,最小值為0,沒有超過限值。5 結(jié)語 通過對列車運行的實際監(jiān)測可以看出,牽引電壓、電流隨列車運行狀態(tài)而有明顯變化。它們產(chǎn)生的諧波成分,會隨機地介入到地鐵信號系統(tǒng)的頻帶內(nèi)。但分析測得的數(shù)據(jù),列車運行過程中產(chǎn)生的電磁干擾值在正常范圍內(nèi),對信號系統(tǒng)的軌道電路、車上信號、車地通信信號等影響很小。 國內(nèi)有關(guān)車輛對信號系統(tǒng)的電磁干擾研究還是一個新的課題。雖然在測試過程中由于條件所限,沒能進行正常運營環(huán)境下列車對信號系統(tǒng)的電磁干擾的測試,但測試方法及結(jié)果為進一步研究此類問題打下了一定的基礎(chǔ),對今后的設(shè)備建設(shè)和維護具有參考意義。參考文獻[1]徐安.城市軌道交通電力牽引[M].北京:中國鐵道出版社,2003:120.[2]秦曾煌.電工學(xué)(下冊)[M].北京:高等教育出版社,2004.[3]TB/T3073-2003 鐵道信號電氣設(shè)備電磁兼容性試驗及其限值[S].[4]同濟大學(xué)通信信號研究所.地鐵信號系統(tǒng)電磁環(huán)境研究報告[R].2005.
從圖1中可以看出,接觸網(wǎng)直流電壓的最大值約為1800V,最小值約為1500V,則接觸網(wǎng)波動約為20%。在列車向接觸網(wǎng)要電的時間段A1→B1和A2→B2,接觸網(wǎng)直流電壓的跌落電壓幅度超過200V。在接觸網(wǎng)直流電流保持恒定的時間段B1→C1和B2→C2,接觸網(wǎng)直流電壓也保持了恒定。在列車逐漸停止向接觸網(wǎng)要電的時間段C1→D1,接觸網(wǎng)直流電壓逐漸升高。當列車停止向接觸網(wǎng)要電時,接觸網(wǎng)直流電壓基本保持在1700V左右。在列車制動過程中,車輛最大逆變反饋電壓幅度約為150V;在停車期間,逆變引起的電網(wǎng)電壓有約50V的波動,這與12相24波頭全波整流[2]脈動系數(shù)約50V相吻合。2 對軌道電路干擾分析 隨列車的運行,測得音頻軌道電路工作范圍內(nèi)的干擾波形如圖2所示。圖中最上面的橫線表示音頻軌道電路正常工作范圍內(nèi)干擾的限值為600mA[3];A1、B1、C1、A2、B2、C2分別標示了干擾信號變化的特殊點。 從圖2中看到,在列車向接觸網(wǎng)要電的時間段A1→B1和A2→B2,隨著接觸網(wǎng)直流電流的增大,音頻軌道電路工作范圍內(nèi)干擾信號的幅度也不斷增大;在列車停止向接觸網(wǎng)要電的時間段C1→A2,干擾信號仍有一定的幅度,這可能是列車上空調(diào)機組起、停造成的干擾。對測得的所有數(shù)據(jù)進行分析可知,音頻軌道電路工作范圍內(nèi),干擾信號幅度的最大值為300mA,最小值為0,沒有超過限值。3 對車上信號干擾分析 隨列車的運行,測得車上信號工作范圍內(nèi)的干擾波形如圖3所示。圖中最上面的橫線表示車上信號正常工作范圍內(nèi)干擾的限值(為1000mA)[3]。由圖可知,車上信號正常工作范圍內(nèi)的干擾信號幅度最大值為500mA,沒有超過限值。4 對車地通信干擾分析 隨車輛運行而記錄的車地通信信號工作范圍內(nèi)的干擾波形如圖4所示。圖中最上面的橫線表示車地通信(TWC)信號正常工作范圍內(nèi)干擾的限值(為216mA[3]);A1、B1、A2、B2分別標示了干擾信號變化的特殊點。 由圖4可以看到,在列車向接觸網(wǎng)要電的時間段A1→B1和A2→B2,對車地通信信號的干擾波形和接觸網(wǎng)直流電流有對應(yīng)關(guān)系,但干擾波形在個別點會有信號畸變。對所有記錄的數(shù)據(jù)進行分析后可知,車地通信信號正常工作范圍內(nèi)的干擾信號幅度最大值為125mA,最小值為0,沒有超過限值。5 結(jié)語 通過對列車運行的實際監(jiān)測可以看出,牽引電壓、電流隨列車運行狀態(tài)而有明顯變化。它們產(chǎn)生的諧波成分,會隨機地介入到地鐵信號系統(tǒng)的頻帶內(nèi)。但分析測得的數(shù)據(jù),列車運行過程中產(chǎn)生的電磁干擾值在正常范圍內(nèi),對信號系統(tǒng)的軌道電路、車上信號、車地通信信號等影響很小。 國內(nèi)有關(guān)車輛對信號系統(tǒng)的電磁干擾研究還是一個新的課題。雖然在測試過程中由于條件所限,沒能進行正常運營環(huán)境下列車對信號系統(tǒng)的電磁干擾的測試,但測試方法及結(jié)果為進一步研究此類問題打下了一定的基礎(chǔ),對今后的設(shè)備建設(shè)和維護具有參考意義。參考文獻[1]徐安.城市軌道交通電力牽引[M].北京:中國鐵道出版社,2003:120.[2]秦曾煌.電工學(xué)(下冊)[M].北京:高等教育出版社,2004.[3]TB/T3073-2003 鐵道信號電氣設(shè)備電磁兼容性試驗及其限值[S].[4]同濟大學(xué)通信信號研究所.地鐵信號系統(tǒng)電磁環(huán)境研究報告[R].2005.