铁路电气化工程师论文：浅议电气化铁路牵引供电对铁路信号设备的影响

第一篇：铁路电气化工程师论文：浅议电气化铁路牵引供电对铁路信号设备的影响

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浅议电气化铁路牵引供电对铁路信号设备的影响

摘要：在电气化铁路这个大系统中，由于各个部门共存，相互之间必然会产生各种各样的影响。作为弱电系统的信号系统，在这个环境中处于从属地位，如何提高自身的抗干扰能力，是保证信号系统正常运行的重要问题。本文从电气化牵引供电对信号设备影响的原因入手，着重介绍了电气化铁路对信号系统干扰的种类，以及信号系统所采取的措施。

关键词：电气化铁路信号抗干扰电磁兼容传导性

1引言

电气化铁路对于实现我国铁路重载、高速起到了至关重要的作用。至2007年底，我国的电气化铁路营业里程已达到了24046.6km，占我国铁路总营业里程的37.8%，各大干线都已实现了电气化。但是，随着电气化铁路的建成，电气化铁路也带来了许多新的问题，特别是对铁路信号设备的影响。近年来，铁路信号系统使用了大量的新技术、新设备，使这方面的矛盾更加突出，如何解决好这些问题，是铁路信号系统要解决的一个重要问题。本文就电气化铁路对信号设备的影响的原因以及克服的方法进行探讨。

2我国现有的电气化铁路的特点

电力牵引是一种有轨运输的牵引形式。它利用电能作为动力，驱动列车运行。现有的牵引供电系统主要由牵引供电所、接触网、轨道回路、回流线以及馈电线组成。其中，牵引电流所经过的回路是：牵

引变电所———馈电线———接触网———机车———钢轨———回流线———变电所。我国目前所采用的供电方式主要是自耦变压器供电（AT方式），它具有供电距离远、牵引电压损耗少、对通信干扰小的特点。

3电气化牵引供电对信号设备影响的原因及其分类

与电气化铁路系统相比，信号设备在电气化铁路中处于从属被动的地位。电气化铁路属于强电系统，它具有这么几个特点：（a）额定电压高，可达25kV；(b)牵引电流可达到数百安培甚至上千安培；（c）电力机车为非线性负载，在整流换相和运行过程中会产生大量谐波成分等特点。这些特点构成了电气化铁路对信号设备干扰的基本原因。从干扰的种类来说，可分为传导、感应、辐射三种形式，具体影响可分为以下五类：

（1）传导性干扰

传导性干扰即牵引电流不平衡干扰，它是电气化铁路对轨道电路干扰的主要原因。信号设备和牵引电流共用钢轨这个通道，由于钢轨阻抗、接续线电阻、对地漏泄、扼流变压器线圈对称度不同等因素，往往是流经两根钢轨上的电流不等，从而形成了不平衡电流。由于不平衡电流的存在，在扼流变压器二次侧产生一个感应电动势，它的大小相当于扼流变压器一次侧半个线圈中流有一个大小为两个钢轨电流差的电流在次级线圈中的感应值，这个差值能使扼流变压器升压，电压升到一定程度就会使轨道继电器误动。衡量不平衡电流的参数是不平衡系数，它是不平衡电流与总电流的比值（%）。如一根钢轨中的电流为I1，另一根钢轨中的电流为I2，则不平衡系数为：k=（I1-I2）/（I1+I2）×100%。

（2）容性耦合接触网电压为25kV，当强电线上有一对地电压存在时，由于受扰设备(如通信线)与大地之间有电压，强电线与通信线之间就会有电容耦合，因此必然有电流自强电流分流入受扰设备，产生静电感应电动势，从而形成容性耦合。静电场的强度与电流大小以及与受扰物的距离有关。（3）感性耦合牵引电流可达数百安培甚至上千安培，当强电线（接触网）中有电流通过时，由于强电线与受扰设备之间有耦合电感（互感），因此，受扰设备中会产生感应纵向电动势，从而形成感性耦合。感性耦合不仅与接触网电流的大小有关，还与接近的距离、接近的长度有关。

（4）辐射性影响

受电弓与接触网接触，当受电弓升降弓、过分电段、开关其主断电路以及驶过有硬点的接触网时，会使牵引网中产生大的冲击电流。钢轨是牵引电流的回线，脉冲电流瞬间冲击使扼流变压器饱和，25Hz信号在几个周期内被削弱，从而使轨道继电器误动。另外，受电弓与接触网离线时会产生电火花，引发无线电干扰脉冲，从而影响到无线通信的质量。

（5）阻性耦合/地电位影响

牵引回流通过钢轨与大地之间漏导入地，使附近的大地电位升高，在大地中杂散电流会对通信电缆等产生影响。接触网短路时，瞬

间电流很大，地电位明显升高，会对设备或人身安全造成隐患。

（6）其他干扰

现有的供电系统中，为了保证人员的安全和设备的正常运行，通常利用钢轨作为接触网自然接地体。当接地装置的火花间隙失效或有些杆塔不经过火花间隙直接连接钢轨，在同一轨道电路区段内的2个及以上接触网杆塔地线分别接在两根钢轨上，或者不同轨道电路区段内杆塔地线经贯通的架空地线短路了钢轨绝缘接头，就会造成轨道电力红光带。另外，当机车发生受电弓支持绝缘闪络、放电间隙击穿等接地故障时，巨大的短路电流会瞬间使火花间隙反击穿，也会影响到信号设备。

4信号设备采取的措施

不同的信号设备对不同类电气化干扰的反应不同，因此，具体的信号设备所采取的措施各不相同。如对轨道电路，主要考虑的是传导性干扰，而对于传输电缆主要关注的是容性干扰、感性干扰。下面就几种具体信号设备所采用的措施进行探讨。

（1）25Hz轨道电路

25Hz轨道电路主要是传导性干扰，即牵引电流不平衡所引起的干扰。牵引电流不平衡对25Hz轨道电路影响主要有两个途径：一是由不平衡电流所产生的脉冲电流的波形是上下半波不对称的近似正弦波形，其中包含有直流成分，容易使轨道电路中扼流变压器等铁磁预元件发生此饱和，从而导致轨道电路中传输的25Hz信号电流产生陷落现象；二是由于脉冲干扰在轨道电路接受器中线性滤波器的通带

内形成25Hz衰减振荡，与原有的25Hz信号可能相加（同相时），相减（反相时），从而使轨道电路发生误动。

25Hz轨道电路采取的措施：

（a）增加扼流变压器的气隙，增加铁芯的饱和电流强度；（b）在扼流变压器次级加绕抗干扰线圈，并加装适配器；（c）设计LC电路使其对25Hz产生并联谐振、增强信号。

（2）ZPW-2000所采取的措施ZPW-2000的前身是法国的UM71，它是九十年代引进并国产化的一种无绝缘的移频轨道电路。作为一种移频轨道电路，ZPW-2000具有移频轨道电路抗干扰的各种特点，具体如下：

（a）线圈选择：采用空心线圈对于50Hz牵引电流阻抗特别小，相当于断路，从而起到了平衡牵引电流的作用。

（b）载频选择：由于牵引电流不仅仅存在着50Hz基波，还有相应的奇次谐波、偶次谐波。从能量分布来看，奇次谐波所占的能量比较大，奇次谐波能量随着频率的增加而减小。因此，ZPW-2000在选择载频上，选择高的偶次谐波，从而避开牵引电流的影响。

（c）调制方式：ZPW-2000选择角度调制，角度调制的抗干扰优于幅度调制，传输过程中不易受到干扰。

（d）频偏选择：由于选择的频偏较小，接收设备的带通滤波器通带窄、Q值高，且在带通中仅有一个偶次谐波干扰，在奇次频率漂移时最多影响有两个谐次分量，故牵引电流干扰量小。（3）机车信号

机车信号同样要应对不平衡电流的影响，目前的数字式机车信号采用数字滤波器和频谱分析的方法进行处理。

（4）计算机连锁，集中调度，列控中心等电子设备所采取的措施

电气化铁路对于电子设备的影响主要是电磁辐射、电磁感应、地电位等方面的影响，对于这些问题主要的解决方法就是屏蔽，从传播途径上切断电磁辐射的来源。根据铁道部铁运〔2006〕26号文件，对于微机房、机械室应进行屏蔽，其中包括微机房的天花板、各个墙面和门窗；所有的电子设备在上道前都要进行电磁兼容的实验，实验达到标准才能上道。

5结束语

在铁路这个大系统中，强电系统和弱电系统共存，而且，它们还使用共同的通道钢轨。为了铁路运输的安全、高效，作为弱电系统的信号系统应该更加主动的采取有效的措施来保护自己，防止电气化对铁路信号设备进行干扰，保证铁路运输和谐、安全、高效、快速的发展。

参考文献：

[1]安海君,李建清，吴保莹.25Hz相敏轨道电路[M],北京:中国铁道出版社，2004

[2]费锡康.无绝缘轨道电路分析[M],北京:中国铁道出版社，1993

[3]杨世武.铁路信号抗干扰技术课件，2007

[4]杨世武.铁路信号防雷技术课件，2007

第二篇：电气化铁路供电论文电气微机监控论文电气焊论文：电气化铁道牵引变电

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电气化铁路供电论文电气微机监控论文电气焊论文：

电气化铁道牵引变电所集巾监控系统方案 电气化铁道牵引变电所集巾监控系统方案

摘要： 摘要：设计浅谈本文从计算机应用系统的几种构成形式进行了分析，设计出电气化铁道牵引变电所集中监控系统的几种方案，并对其进行 了分析比较。关键词： 关键词：电气化铁道牵引变电所监控系统方案 随着计算机硬件技术的发展和计算机芯片技术水平的不断提高，人们 构成计算机应用系统的随意性不断加大。目前，基本上可以按照各种 测量、控制功能的要求，构成各种类型的计算机应用系统 1 计算机应用系统的构成形式 在实际应用中，由于各种控制环境和功能要求不尽相同，因此，为了与之相适应，计算机应用系统不仅在规模上，而且在结构上存在 着很大的差别。但按照硬件的组合方式，计算机应用系统大致分为通 用计算机应用系统、专用计算机应用系统和混合计算机应用系统。2 牵引变电所集中监控系统方案设计 牵引变电所集中监控系统从根本上讲，就是一个计算机应用系 统，其结构形式不外乎以上三种。因此，必须根据牵引变所的特点和 实际运行状况以及监控系统所要实现的功能，合理地选择系统的硬件 配置，力争达到以较小的成本代价，高质量地完成各种测控功能的目 的。2.1 牵引变电所集中监控系统的功能 从实际应用来看，作为牵引变电所集控系统应该具备以下几个

主要功能(l)数据采集和处理功能;(2)通信功能；(3)当地控制;(4)自检功能。可见微机监控系统所完成的功能不是单一的，而是综合性的，显然单 机系统结构已很难满足牵引变电所集中监控系统的功能要求。2.2 系统方案设计 根据功能要求以及单机系统结构的不足之处，变电所集中监控系 统采用如下的方案设计。2.2.1 采用主从式多机系统构成 目前，多机系统存在着许多结构形式，主要分为分布式和主从式 两大类。在分布式多机系统中，各计算机具有平等的地位，其结构和 功能基本上相同，而主从式结构的多机系统则由一台主机和多台负责 专门测、控功能的从机构成。虽然分布式多机系统也能克服单机系统 的缺点，但构成比较复杂，且由于本系统所担负的测、控任务主要是 由模拟量输人、数字量输人/输出、脉冲量输人等功能子系统构成，而各个功能子系统的实现无论是硬件结构上还是在软件设计上都存 在着很大的差别，再加上系统的通信和人机联系等功能，使得各个计 算机在结构和功能上不尽相同，因而也不会具备平等的地位。显然，这种系统不适合采用分布式多机系统结构。相比之下，采用主从式多

机系统，以一台计算机作为主机，负责协调和控制各从机的运行状态，承担通信和人机联系等任务，而各个专门的测、控子系统则分别由一 个独立的从机来实现，这样构成的系统主次分明，功能划分明确。由 于实现了功能分布，因此，不仅可以大大减轻主机的负担，使系统的 各个功能实现较高的智能水平，而且这种结构的多机系统构成比较简 单，很利于系统的实现和扩展。2.2.2 主、从机系统构成采用混合型计算机应用系统形式 在主、从式多机系统中，由于从机所负担的功能相对比较单一，无须很强的系统软、硬件支持。如果主、从机系统均采用通用计算机 系统，则势必会产生大材小用之嫌，造成极大的浪费，大大提高了系 统的成本开支。而另一方面，由于专用计算机系统一般都不具备很强 的操作系统和人机联系手段，并且开发比较困难。因此，如果主、从 机都采用专用计算机则又将减弱系统对主机的功能要求，而且将大大 延长整个系统开发周期。基于上述原因，我们在设计时，主机采用功 能较强的通用计算机系统，以充分利用其现有的良好人机接口和操作 功能，而从机部分则根据其完成的专门测、控功能要求，进行专门设 计和配置，以提高系统的硬、软件应用/配置比。显然，以混合形式 构成的主从机系统不仅能满足系统的功能要求，而且具有较高的性能 /价格比。2.2.3 主、从机系统间采用串行总线方式连接 在主从式多机系统中，如何解决各主、从计算机之间的通讯连接 是一个非常重要的问题。从目前情况来看，主要有串行总线和并行总线两种连接方式，并行总 线传输速度快，但其连接距离较短，连接线较多，接口比较复杂，其 稳定性和可靠性较差，而串行总线的主要不足之处是数据的传输速度 慢。由于本系统中，从机数量不是很多，且各从机都具有独立的数据 处理能主从式多机系统。因此，采用串行总线不仅可以保证系统的实 时性要求，节省许多接口设备和电缆开支，而且可以保证系统在实现 功能分布的前提下，尽可能实现位置上的分布，以减少布线的难度，提高系统的可靠性和抗干扰能力。总之，采用开方式的模块化结构来构成一个主从式多机系统，主、从 计算机间为串行总线式的松力，从而减少了主、从机间的通讯祸合连 接方式，其方案设计使用灵信息传输量，大大地缓和了通讯速活、结 构紧凑、易于扩展、高度可靠率较低时出现的矛盾。另外，串行性和 实时性、维护方便为目标，采总线连接距离较远，适合多位数据用板 级设计和元件设计相结合的传输，结构简单、可靠，系统配置灵设计 原则，以提高整个系统的性价活、方便，比较适合于功能分布的比。系 统 的 硬 件 配 置 如 图 1。

以 除 锰、亚 硝酸盐 为 主 攻关 目标，将 亚 硝酸 根离子 浓 度 控制 在 0.02mg/l，锰离子浓度 0.lmg/l，铁离子浓度 0.3mg/l。将进一步加强全面质量管理知识学习，并针对生产环节，继续开展攻 关活动;认真研究，掌握净水工艺，力求进一步提高运用水平;加强值 班人员标准作业管理，继续完善有关作业标准。参考文献： 参考文献： 【11 陈宇辉，余健，谢水波.地下水除伙除住研究的问题与发展〔J〕.工业用水与度水，34(3)2003.06 【2]刘烂生，黄毅杆，陈枚民.关于地下水除铁，除锰机理的讨论【JJ.给水排水，1996.(10):17 一 20 【3]李圭白，刘超.地下水除铁除住(第二版)tM].能京:中国建筑出版 社，1989 【4]张杰，找镇生.地下水康铁除锰现代观[J].给水桥水.1996，22(10):13 一 16 1