列車運行過程中的電磁干擾對地鐵信號系統的影響摘 要 列車運行過程中,電力牽引對地鐵信號系統的干擾是業界關注的問題。通過現場測試,分析了列車運行過程中產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生的電磁干擾值在允許范圍內,對信號系統的軌道電路、車上信號等的影響很小。關鍵詞 地鐵,信號系統,電磁干擾,音頻軌道電路 電力牽引對軌道電路傳輸系統的干擾,不是供電系統,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,是否會產生大量對信號傳輸系統的電磁干擾信號,從而引起軌道電路“紅光帶”,甚至造成道岔區段“絕緣節”燒毀的故障,是信號界關注的問題,也是現場維護所關心的。本文通過現場測試,對在列車運行過程中產生的電磁干擾信號是否會影響信號系統的軌道電路、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系 通過動態在線監測,全線僅一列試驗車運行時, 牽引電壓、電流隨列車運行狀態而有明顯變化。實際監測數據表明,1500V“直流”與理想24脈波相差甚遠。測試結果如圖1所示。
從圖1中可以看出,接觸網直流電壓的最大值約為1800V,最小值約為1500V,則接觸網波動約為20%。在列車向接觸網要電的時間段A1→B1和A2→B2,接觸網直流電壓的跌落電壓幅度超過200V。在接觸網直流電流保持恒定的時間段B1→C1和B2→C2,接觸網直流電壓也保持了恒定。在列車逐漸停止向接觸網要電的時間段C1→D1,接觸網直流電壓逐漸升高。當列車停止向接觸網要電時,接觸網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,逆變引起的電網電壓有約50V的波動,這與12相24波頭全波整流[2]脈動系數約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,在列車向接觸網要電的時間段A1→B1和A2→B2,隨著接觸網直流電流的增大,音頻軌道電路工作范圍內干擾信號的幅度也不斷增大;在列車停止向接觸網要電的時間段C1→A2,干擾信號仍有一定的幅度,這可能是列車上空調機組起、停造成的干擾。對測得的所有數據進行分析可知,音頻軌道電路工作范圍內,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干擾的限值(為1000mA)[3]。由圖可知,車上信號正常工作范圍內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直流電流有對應關系,但干擾波形在個別點會有信號畸變。對所有記錄的數據進行分析后可知,車地通信信號正常工作范圍內的干擾信號幅度最大值為125mA,最小值為0,沒有超過限值。5 結語 通過對列車運行的實際監測可以看出,牽引電壓、電流隨列車運行狀態而有明顯變化。它們產生的諧波成分,會隨機地介入到地鐵信號系統的頻帶內。但分析測得的數據,列車運行過程中產生的電磁干擾值在正常范圍內,對信號系統的軌道電路、車上信號、車地通信信號等影響很小。 國內有關車輛對信號系統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境下列車對信號系統的電磁干擾的測試,但測試方法及結果為進一步研究此類問題打下了一定的基礎,對今后的設備建設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(下冊)[M].北京:高等教育出版社,2004.[3]TB/T3073-2003 鐵道信號電氣設備電磁兼容性試驗及其限值[S].[4]同濟大學通信信號研究所.地鐵信號系統電磁環境研究報告[R].2005.
從圖1中可以看出,接觸網直流電壓的最大值約為1800V,最小值約為1500V,則接觸網波動約為20%。在列車向接觸網要電的時間段A1→B1和A2→B2,接觸網直流電壓的跌落電壓幅度超過200V。在接觸網直流電流保持恒定的時間段B1→C1和B2→C2,接觸網直流電壓也保持了恒定。在列車逐漸停止向接觸網要電的時間段C1→D1,接觸網直流電壓逐漸升高。當列車停止向接觸網要電時,接觸網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,逆變引起的電網電壓有約50V的波動,這與12相24波頭全波整流[2]脈動系數約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,在列車向接觸網要電的時間段A1→B1和A2→B2,隨著接觸網直流電流的增大,音頻軌道電路工作范圍內干擾信號的幅度也不斷增大;在列車停止向接觸網要電的時間段C1→A2,干擾信號仍有一定的幅度,這可能是列車上空調機組起、停造成的干擾。對測得的所有數據進行分析可知,音頻軌道電路工作范圍內,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干擾的限值(為1000mA)[3]。由圖可知,車上信號正常工作范圍內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直流電流有對應關系,但干擾波形在個別點會有信號畸變。對所有記錄的數據進行分析后可知,車地通信信號正常工作范圍內的干擾信號幅度最大值為125mA,最小值為0,沒有超過限值。5 結語 通過對列車運行的實際監測可以看出,牽引電壓、電流隨列車運行狀態而有明顯變化。它們產生的諧波成分,會隨機地介入到地鐵信號系統的頻帶內。但分析測得的數據,列車運行過程中產生的電磁干擾值在正常范圍內,對信號系統的軌道電路、車上信號、車地通信信號等影響很小。 國內有關車輛對信號系統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境下列車對信號系統的電磁干擾的測試,但測試方法及結果為進一步研究此類問題打下了一定的基礎,對今后的設備建設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(下冊)[M].北京:高等教育出版社,2004.[3]TB/T3073-2003 鐵道信號電氣設備電磁兼容性試驗及其限值[S].[4]同濟大學通信信號研究所.地鐵信號系統電磁環境研究報告[R].2005.