地铁27.5KV交流牵引供电制式下，对信号设备计轴受扰分析及解决方案探讨-以成都地铁18号线为例

地铁27.5KV交流牵引供电制式下，对信号设备计轴受扰分析及解决方案探讨-以成都地铁18号线为例

张科

成都地铁运营有限公司，四川成都  610041 

摘要：成都地铁18号线计轴设备使用科安达计轴设备，在成都地铁科安达计轴设备，首次使用于交流27.5KV供电环境工作模式，出现故障率偏高，对设备运行造成了影响，为此实施了对计轴设备的优化改造，提高了计轴设备运行的的稳定性。针对交流27.5KV供电出现的计轴受扰情况展开了调查和处理，该文就当前阶段合江车辆段、正线海昌路站-西博城站列车过分相区、接触网停送电过程计轴受扰处理和测试进行阶段性分析总结并提供解决方案。

关键词：城市轨道交通；地铁信号；计轴设备交流受扰；优化

1 合江车辆段

1.1受扰现象

合江车辆段计轴受扰现象表现为，停车库内进行单车和多车升降弓，引起列车前方或者后方计轴磁头受扰，导致列车所处区段或者后方无车区段异常占用。现场采集到的计轴磁头A139受扰波形如下：

图1合江车辆段计轴受扰采集波形情况

1.2 受扰分析

根据现场采集的计轴磁头受扰波形分析，初步判断是列车进行升弓合主断过程，钢轨上的牵引回流突变产生的电磁场超出了计轴系统对电磁场环境的阀值要求，从而对计轴磁头产生了干扰，影响计轴磁头的正常工作。

1.3调查及处理

1.3.1车辆段牵引供电方式

合江车辆段采用的牵引供电方式如下，牵引回流通过钢轨和大地进行回流。

图2合江车辆段牵引供电方式示意图

1.3.2 测试及验证

针对此计轴受扰的现象，经过初步分析和论证后，采取了以下临时措施并验证：

在合江车辆段库前，计轴磁头往库内方向，加装临时均流线，接至开闭所强电接地排，临时均流线与计轴点相对位置示意图如下。通过后期的观察，仅在库中（库中无均流线）16BG产生一次受扰导致区段占用的情况。

图3 既有临时均流线安装位置库前1G~29AG区段示意图

针对库前有临时均流线，库中无均流线，存在计轴磁头受扰的情况，将合江车辆段所有的放大板更换为新型放大板，该板卡具有识别并过滤特定的受扰波形的功能，系统仍正常工作。

测试合江车辆段库前A153磁头电磁场环境情况，发现没有增加临时均流线的情况下，现场测得磁场强度Z方向方均根值为127dBuA/m，超过了计轴磁头标准规定的限值94dBuA/m；而增加临时均流线后，测得的磁场强度Z方向方均根值为78dBuA/m，未超计轴所规定限值。

图4 无临时均流线下，测试的磁场强度超标

图5 有临时均流线下，测试的磁场强度未超标

将1G~29AG临时均流线拆除，测试验证新升级板卡的抗干扰情况。将库前的临时均流线拆除后，在车辆进行升降弓、合主断作业的过程，计轴磁头仍存在不同程度的受扰情况，严重的受扰峰值大于8.39V，磁头达到了占用输出的条件，但是由于系统使用新型放大板，对此单脉冲干扰可以进行过滤处理，计轴系统不会因此受扰输出异常占用的状态。

对现场测试：有临时均流线，采集A155、A153、A105、A65波形情况、无临时均流线，库前计轴磁头A155、A153、A105、A65采集波形情况、无临时均流线，库中计轴磁头A187采集波形情况

将1G~29AG临时均流线拆除。拆除前后均进行了接触网停送电、列车升降弓、合断主断过程的测试，测试结果显示没有出现区段受扰占用的情况。

为了验证库中是否需要增加均流线，以彻底解决受扰问题，对合江车辆段计轴进行了系统性测试。列车停在A、B股道进行升弓合主断测试，根据测试记录分析：

图6 测试区域计轴布置示意图

（1）库前、库中未加均流线，发生受扰并占用；

（2）库前增加均流线、库中不加，存在受扰，偶发受扰占用；

（3）库前增加均流线、库中磁头前或磁头后增加均流线情况下，受到的干扰明显减少；

（4）库前、库中A、B列位增加均流线情况下，未发生受扰。故库中L14~L29的A、B股道建议增加均流线，才能从根本上解决计轴磁头受扰的问题。

1.3.3 处理及分析

截止2020年6月30日，对合江车辆段计轴设备使用情况进行跟踪，观察区段受扰占用（棕光带/红光带）的情况。处理及分析小结如下：

（1）仅在库前增加均流线情况，库前的计轴磁头关联的区段再未出现受扰占用的情况；仅在库中（库中没有增加均流线）出现了1次区段受扰输出占用的情况。

（2）库前增加均流线，同时使用新型放大板后，库前、库中没有再出现区段受扰输出占用的现象。

（3）单独使用新型放大板（库前、库中不加均流线），仍存在计轴受扰占用的情况。

（4）库前、库中多种场景系统测试结果发现：在库前、库中磁头前后增加均流线可以有效的解决车辆段计轴受扰问题。

图7合江车辆段计轴设备使用情况

1.4存在的风险

根据上述的测试验证及数据分析，不增加均流线仅仅使用新型放大板可以将磁头受扰产生的特定波形进行滤除，但仍存不能过滤的特殊的干扰状态，如计轴磁头两个感应单元都同时受扰，且达到占用状态（峰值大于8.39V），新型放大板是不能过滤掉此类型的波形的，因此计轴磁头的受扰情况是一直存在的。

1.5解决方案

因此，基于以上的测试验证过程，需在合江车辆段库前增加正式的均流线，并更换新型放大板的方案，才可有效的解决此类计轴受扰问题。

另外，由于库中计轴磁头也存在受扰情况，库中也需考虑增加均流线，并更换新型放大板的方案，均流线安装的位置建议布置如下图所示：

图8合江车辆段库前、库中均流线安装位置布置图

2 海-西区间过分相区

海昌路站与西博城站区间存在分相供电区域，局部信号平面图截取如下：

图9 分相区局部平面图

2.1 受扰现象

列车通过分相区（公里标：上行K35+365~K35+745；下行K35+195~K35+575）时，附近区段T181502、T181515、T181517出现异常占用的情况。表现为出清后又转为占用状态。现象实质与车辆段一致，列车通过分相区需要进行断主断、合主断的操作，导致附近计轴磁头出现受扰的情况。现场采集到受扰的磁头A181508波形如下：

图10 过分相区关联计轴点A181508受扰波形

2.2受扰分析

列车通过分相区过程，需要断主断，利用列车惯性滑行通过无电区域，然后进入下个供电分区，列车合主断。当列车经过停电、受电的过程，牵引回流存在突变，产生较大的电磁场干扰计轴磁头，影响计轴磁头的正常工作。

2.3. 调查及处理

2.3.1. 正线牵引供电方式

正线采用的牵引供电方式如下，回流方式有回流线、钢轨和大地回流。

图11 正线牵引供电方式

根据与供电专业了解，不大于1.5km设一处吸上线变电所处(供电臂首端)吸上线或接轨连线应设两处。由于本线无信号轨道电路,因此吸上线可直接与钢轨连接。吸上线设置要求不大于1.5km设置一处。

2.3.2测试及验证

经过分析论证后，采取了以下处理措施：

2020年4月16日，根据采集到的受扰波形，对分相区附近计轴点A181512、A181508、A181506、A181502使用新型放大板，将此类干扰的波形进行过滤处理，系统再未出现受扰占用（棕光带）的情况。但是通过采集波形分析，计轴磁头仍存在干扰脉冲的情况

2020年4月17日，轨旁调查海-西区间回流线、吸上线情况，仅在公里标约为K33+800和K36+520的附近，上、下行各设置有一处吸上线，且上、下行钢轨通过轨连线连通。两吸上线间隔约2.7km。

根据采集到的受扰波形，对分相区附近计轴点A181512、A181508、A181506、A181502使用新型放大板，将此类干扰的波形进行过滤处理，系统再未出现受扰占用（棕光带）的情况。但是通过采集波形分析，计轴磁头仍存在干扰脉冲的情况。

2020年4月24日，海-西区间1#风井，分相区内的计轴点A181506、A181508的两侧各增加1处吸上线。通过对采集的波形分析，计轴磁头无干扰脉冲的情况。

2020年5月31日对海昌路上、下行电分相区计轴磁头加装均流线，在磁头A181506、A181508处对计轴点前后加装回流线以降低列车通过接触网分相区时牵引回流对车轮传感器产生的电磁干扰。

2.3.3处理及分析

截止2020年6月30日，对海-西区间过分相区计轴设备使用情况进行跟踪，观察区段受扰占用（棕光带/红光带）的情况。处理及分析小结如下：

(1)使用新型放大板可以有效的解决列车过分相区受扰，解决计轴区段异常占用（棕光带）的现象；

(2)分相区增加吸上线后，可以有效解决计轴磁头受扰的情况，即解决了列车通过分相区时，计轴区段不再因计轴磁头受扰而输出异常占用的现象。

(3)电分相区计轴磁头加装均流线，在磁头A181506、A181508处对计轴点前后加装回流线，以降低列车通过接触网分相区时牵引回流对车轮传感器产生的电磁干扰，从而消除因干扰引起的计轴棕光带、红光带。

图12 列车通过分相区计轴区段受扰占用（棕光带）情况

图13 过分相区关联计轴点受扰情况（波形分析）

2.4 解决方案

因此，基于以上的海-西区间分相区计轴受扰的处理情况，采取在分相区处计轴磁头两侧增加吸上线，电分相区计轴磁头加装均流线，并更换新型放大板的方案，可有效的解决此类计轴受扰问题，建议对其他分相区采用类似的处理方式。同时，在后续系统设计中尽量避免在分相区中布置计轴磁头，避免类似情况发生。

3 总结

综上所述，合江车辆段、分相区、接触网停送电过程计轴受扰的问题采取以下措施后可以有效的解决：

(1)合江车辆段计轴受扰问题，为了能够从根本上解决上述计轴磁头受扰的问题，需在合江车辆段库前、库中增加正式的均流线，并更换新型放大板（板卡提高电磁干扰）的方案。

(2)分相区计轴受扰问题，现场采取在分相区处增加吸上线，以满足不大于1.5km一处的设计要求。电分相区计轴磁头加装均流线，在磁头处对计轴点前后加装回流线以降低列车通过接触网分相区时，牵引回流对车轮传感器产生的电磁干扰，同时更换新型放大板的方案，可有效的解决此类计轴受扰问题。此外，建议后续的系统设计时，计轴点不要设置在分相区内。

4 结束语

总而言之，信号系统计轴设备是保证城市轨道交通运营的重要部分，其在提高列车运行安全性和可靠性上发挥着重要的作用。经过上述测试分析，成都地铁18号线信号系计轴系统在运用以来，2年内未发生分相区、接触网停送电过程计轴受扰现象。该文通过对影响地铁信号计轴的电磁干扰进行分析，采用有效的解决措施，不仅为后续新线建设提供宝贵经验，为列车运行的安全性和可靠性提供保障。

参考文献：

[1] 林瑜筠.城市轨道交通信号（第三版）[M].北京：中国铁道出版社，2015.

[2] GB／T12758-2004,城市轨道交通信号系统通用技术条件[S].2004.

[3] TB10007-2017,铁路信号设计规范[S].2017.

[4] 王青林.城市轨道交通通信与信号系统[M].北京:人民交通出版社,2012.