无绝缘轨道电路邻线干扰的研究

延一哲 景玥云 张天赐

西安交通工程学院 陕西西安 710300

摘要：以我国的铁路运行发展为主要目的，对同方向轨道同载频无绝缘轨道的邻线干扰问题展开讨论。对邻区段产生的干扰产生的原因进行阐述，分析影响邻区端产生的干扰的因素：钢轨互感及对地泄露作用、空间电磁干扰作用、故障传导下的干扰作用。

关键词：无绝缘、轨道电路、邻线干扰

一、研究的背景及意义

我国铁路的高速发展对信号系统的稳定性有了更高的要求。由于列车运行速度的不断提高，轨道电路在我国铁路系统中起着至关重要的作用。随着我国高速铁路的快速发展，轨道电路逐渐出现更高一级的无绝缘轨道电路，无绝缘轨道电路是高速铁路的重要基础信号设备，所以其功能以及可靠性应该更加完善。随着铁路的不断发展，线路也是越来越多，但是线路多的地方必然存在一些问题，两条运行方向相同的轨道电路即同向无绝缘轨道电路，如果相邻线路的信号对本区段的信号形成干扰该如何处理，所以这种情况的出现会对行车效率还有机车的安全无法得到保证，形成安全隐患，因此，轨道电路的同频干扰必须被重视起来并提出合理的防护措施。

2. 无绝缘轨道电路组成

2.1 ZPW-2000A轨道电路系统

ZPW-2000A无绝缘轨道电路主要由室内和室外两部分组成，如图2-1所示：

图2-1 ZPW-2000A无绝缘轨道电路系统结构

1、室内设备：包括（1）发送器，可分别产生18个低频和8个载频精度高、稳定性好、功率充足的移频信号。（2）接收器，分布在主轨道电路上的频移信号进行解调，还可以对动作跟踪继电器进行解调，对连接到接收端子调谐区的短跟踪电路进行解调电路频移信号，能够给小轨道电路传输报警信号，并输送到邻近轨道电路接收机。(3)衰耗冗余控制器，这个部分可以来说是轨道电路的最重要部分，它可以实现主轨道电路、小轨道电路的改变(针对正方向和反方向两个方向来说)。把它交给起程处接收故障，轨道占位表示及发射，接收+24V电源电压，发射工作输出电压，接收轨道电路继电器，小轨道电路继电器测试条件。(4)防雷电缆模似网络，从而使得电缆免受雷击。

2、室外部分：包括(1)调谐区，调谐区一般是按29m来进行设计的，设备主要包括空芯线圈和调谐单元两个部分，主要作用就是使得本区段信号的能够不受干扰的稳定输出和对相邻区段形成的干扰信号的进行消除。(2)匹配变压器，轨道中电压的改变，实现SPT电缆和轨道电路的匹配连接。(3)补偿电容，通常在钢轨中会加装补偿电容，这时候钢轨电感对频移信号产生的干扰就会被该电路消除，因此传输功能很强大。

三、邻区段干扰分析

无绝缘轨道电路将同频干扰分为近端和远端，以ZPW-2000A没有并行线之间的频率干扰主要为近端干扰。为了保证地面信号设备的安全，机车轨道电路的剩余压力扰动信号电压叠加应保证可靠的机车信号下降，在相同的载波频率干扰信号接收机的干扰电压的形成不少于30mv，并联叠加后的剩余压力接收设备错误动作干扰电压大小也一样；若轨道电路分路，应保证轨道继电器应小扰动电压60mv。

3.1 邻线干扰的形成原因

无绝缘轨道电路的邻线干扰不单单存在于运行方向相同的轨道电路信号，而且在方向不同的轨道电路中也会存在，机车自身存在自动的切换开关，对频率有一定的选择性，不会盲目接收其他信号。因此，对于上行列车来说，上行列车无法阻止相邻线路对本区段形成的干扰，但是相对来说下行区段却有所不同，下行区段对相邻区段形成的干扰是可以阻止的。

当轨道电路信号被相邻线路所接收时，即轨道电路收到相同线路的干扰，邻线干扰产生的信号不能被机车信号的载频开关自动屏蔽掉，这时候就出现干扰信号被机车信号所吸收，由于干扰信号的影响，会使机车出现错误的显示信息，不仅会影响列车行车效率，更严重的是会造成安全事故的发生。邻线干扰的本质原因就是相邻区段信号的干扰。邻线干扰主要发生在被串回路和主串回路之间。可能造成邻线干扰的主要原因有钢轨间的互感、对地漏泄以及空间电磁场耦合。

无绝缘轨道电路的传输电缆主要分为两种，一种是发送端的发送电缆，另外一种是接收端的接收电缆，在ZPW-2000A轨道电路中，传输电缆长度为10km，客专中的电缆长度为7.5km。接收端匹配变压器与衰耗器之间是电缆的主要存在，以及发送器与发送器匹配变压器之间的信号传输。电缆的使用一定要根据规范去操作，不然就会发生电缆存在于轨道电路间的相互干扰的情况。

轨道电路中的信号电流不仅可以通过无绝缘轨道电路传输，也可以通过大地漏泄传输到相邻轨道电路中，从而造成邻近线路中产生干扰。由于轨道电路传输信号的频率本来就比较高，所以无绝缘轨道电路在传输比较远的钢轨之间发生互感作用，迫使发生邻线干扰。在钢轨间加装补偿电容能克服钢轨间的邻线干扰的现象产生。但是加装了补偿电容也会有很多问题产生，比如说会有很多的回路产生，当载频较高的轨道电路信号产生会发生电磁感应现象，从而发生邻线干扰。

3.2 钢轨互感及对地漏泄

钢轨对地的漏泄是另外一种信号的传输方式，主要还是因为钢轨间的互感作用。钢轨在道床底下的电阻不是一成不变的，但波动是在一定的范围之内，所以轨道信号的传递可能通过钢轨但是也会在道床的电阻上有泄露，通过相邻的轨道电路而进入，从而导致邻线干扰的产生。但是实际的情况却不是这样的，因为是在户外，所以钢轨会收到雨天等自然条件的影响，进而会造成钢轨的腐蚀等情况。但是腐蚀的程度不同，一般来说，在钢轨内侧的腐蚀程度会比较高一点，由于绝缘垫片阻值的过于低，在下雨天这种情况下钢轨会出现铁屑的溶解，会使阻值的降低，不仅会使本区段出现红光带现象，而且使得邻线干扰问题更严重。

邻线干扰的问题是普遍存在的，由于此问题的严重性所以进行了调查分析，铁板腐蚀后的氧化物把钢轨扣件对钢轨的绝缘破环。漏泄问题不仅可以造成红光带问题，还会造成邻线干扰问题，对于此问题必须重视，不然会造成更严重的后果。

3.3 空间电磁干扰

通过在钢轨之间加装补偿电容来抵消钢轨之间的阻抗，但是，补偿电容的添加也会产生更多的回路，频率各不相同的回路叠加在一起会发生电磁的场效应，所以在相邻轨道出现邻线干扰的情况。

我们在钢轨之间尝试供应补偿电容来抵消钢轨和钢轨之间的阻抗，但不足之处就是添加补偿电容还会增加其他的回路，根据右手螺旋定则可知，主串回路的轨道电路信号电流产生的磁场方向为穿越纸面向上。但是无绝缘轨道的电流方向却不同，会不断的发生变化，因为电流磁效应的存在，所以产生的磁场的方向也是在不断地变化当中，根据法拉第电磁感应原理，在任何情况中，如果磁通量是不断变化的在一个闭合回路当中，这时候就会有感应电流的产生，所以在被串回路中会因为磁通量的变化而产生电流，因为加装的补偿电容在轨道电路当中，来消除钢轨的磁效应，但是形成了更多的回路，因为这些回路中都有空间磁场的存在。而且形成的磁场也不是一成不变的，也是不断变化的。因此，在这些回路中会产生更多的补偿电流，这些电流主要存在于钢轨之间，还会有调谐区等地方。所以干扰问题的。还会有其他情况的产生，这种情况是发生在被串回路的情况下，因为列车第一轮对随着列车的运行不断“切割”磁感线，所以这时候会在回路中形成由主串回路形成空间电磁场的磁感线，这些回路形成的磁感线会在钢轨，补偿电容等地方存在。一种情况，轨道电路中信号电流不断变化是被磁场不断变化所引起的，这种情况主要存在于主串回路当中。这种情况的出现是不可避免地，这时候电流的磁效应会变化更大，就是因为磁通量的变化而引起的，这时候的干扰问题可想而知是多么严重。

邻线干扰被空间电磁干扰所形成的，这是电流的磁效应，因为轨道电路中信号电流变化，这时候电流的磁效应会使邻线的电磁场发生不断地变化当中，紧接着就会出现感生电动势，主要在回路中出现，同时感应电流也会产生。根据法拉第电磁感应原理，列车在运行过中第一轮对会不断的做“切割”磁感线的这个运动，这个时候感应电动势便产生了，从而出现感应电流。因为列车做切割磁感线运动产生的电动势比较大，所以对邻线扰比较严重。

3.4 故障条件下的传导干扰

铁路通信信号系统的干扰还有一种是牵引电流的干扰，从干扰的方面主要可划分为传导、感应及辐射3种类型。通常情况下轨道电路有三种状态，分别为调整状态、分路状态以及断轨状态。当轨道电路出现扼流适配器引接线断线、断轨故障等故障时，轨道电路信号会通过钢轨的横向连接等其他方式进行进入相邻区段，由于线路间的横向连接线使传导干扰形成，当线路在不平衡的情况下也会出现这种情况，具体如下：

(1)当被串回路和主串回路之间相一致的时候，邻线干扰这种情况是不会存在的。当主串回路平衡时，主串回路的两条横向连接线位置的电位是相同的，因此对邻线的被串回路中形成干扰电流。

(2)当出现被串回路和主串回路不一致的情况时，即前者平衡，后者不平衡。这个时候在回路中路中还是有一些干扰电流的存在，因为电流不是很大，所以还不会形成干扰。当前者不平衡，后者平衡的情况时候。干扰电流还是会存在于被串回路当中,由于信号传输相一致的情况,所以最终感应电动势是不存在的,从而不会形成干扰电压。在车载设备的串联电路中也不能形成冲击电流信号。但是在这种情况下，很可能会形成“第三轨”的回路，使得这部分轨道回路失去了查轨功能。

(3)当出现被串回路和主串连回路都不平衡的情况时，串联回路中存在干扰功率，形成干扰效应。主要串联回路的信号通过两条连接线与串联回路形成干扰，被称为传导干扰。当被串回路和主串回路两个出现同时不一致的情况下，这时候不平衡的干扰电流会存在于主串回路当中，但是横向连接线可谓是为干扰电流的传输提供了一个好办法，在被串回路中会产生并且形成干扰信号。

通过对所研究的无绝缘轨道邻区段干扰形成原因进行阐述，可能造成邻线干扰的主要原因有传导故障下的干扰、钢轨间的互感、对地漏泄以及空间电磁场耦合，进一步对邻线干扰进行了分析。

参考文献

1. 林瑜筠.铁路信号电源[M].北京:中国铁道出版社,2006

2. 闫智.ZPW-2000A无绝缘轨道电路在并联线路间的干扰与分析[D].兰州交通大学.2013.

3. ZPW-2000A无绝缘轨道电路在并行线路间的干扰分析与分析[C].2019.

4. 薛高峰.浅述客专ZPW-2000A轨道电路的特点及应用[J].2019（09）.

5. 张铁增.列车运行控制系统[M].中国铁道出版社，2009．

6. 靳琛.大秦线ZPW-2000A轨道电路漏泄成因分析及对策[J].科技创新导报2013（14）:122-123.

基金项目：2021大学生创新创业训练计划项目资助（项目编号：2021DC33）