崔 勇，唐乾坤，楊世武

(1．北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院，北京 100044；2．中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 四川成都 610031)

隨著電氣化鐵路不斷向高速度、高密度和重載的方向發(fā)展，電氣化鐵路中電力牽引機(jī)車(chē)的功率和牽引電流不斷增加，牽引電流中各頻段的諧波也在增大。牽引電流及其諧波的增大使得鐵路現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境變得更加惡劣，而電氣化鐵路中的鋼軌又是牽引電流和軌道電路的共用傳輸通道，因此，牽引電流會(huì)對(duì)軌道電路設(shè)備造成干擾，進(jìn)而影響列車(chē)的運(yùn)輸安全[1]。在鐵路現(xiàn)場(chǎng)，曾多次出現(xiàn)牽引電流諧波干擾使得軌道電路接收端電壓波動(dòng)而產(chǎn)生“閃紅”現(xiàn)象。例如，2014年京九線(xiàn)龍南站X1LQG區(qū)段由于牽引電流諧波的干擾，導(dǎo)致軌道電路調(diào)整電壓和分路殘壓曲線(xiàn)均劇烈波動(dòng)，影響了列車(chē)的行車(chē)安全；2015年朔黃線(xiàn)滄州西站D2G1由于牽引電流諧波對(duì)UM71型軌道電路的鄰頻干擾，多次造成了閃“紅光帶”故障。

在干擾的解決措施方面，當(dāng)前普遍采用的方法是在牽引變電所或電力機(jī)車(chē)接入濾波器來(lái)抑制諧波。文獻(xiàn)[2-3]在對(duì)電氣化鐵路電力機(jī)車(chē)、牽引變壓器中的諧波進(jìn)行建模分析的基礎(chǔ)上，提出了在機(jī)車(chē)牽引側(cè)加裝單相并聯(lián)型有源濾波器來(lái)抑制諧波。文獻(xiàn)[4-5]要求鐵路在設(shè)計(jì)施工時(shí)采取合理的措施并加強(qiáng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定。如文獻(xiàn)[4]指出了國(guó)標(biāo)GB/T 14549—93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》用于電氣化鐵路存在的問(wèn)題，對(duì)諧波國(guó)標(biāo)修訂及電氣化鐵路諧波標(biāo)準(zhǔn)提出了建議。但是這些措施存在成本高、周期長(zhǎng)、在運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路實(shí)施較為困難的缺點(diǎn)，因此難以在短時(shí)間內(nèi)解決鐵路現(xiàn)場(chǎng)的牽引電流干擾。

通信系統(tǒng)常采用提高系統(tǒng)信干比的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)抗干擾的目的，這種方法具有簡(jiǎn)單、高效、成本低的優(yōu)點(diǎn)。軌道電路可以通過(guò)調(diào)整發(fā)送器的發(fā)送電平和衰耗器的衰耗系數(shù)來(lái)提高信干比，但前提是不能違反鐵路信號(hào)維護(hù)規(guī)則技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)軌道電路在最不利條件下的分路、調(diào)整、機(jī)車(chē)信號(hào)和斷軌檢查的要求[6]。另外，軌道電路區(qū)段的電路參數(shù)、牽引回流分布會(huì)隨著機(jī)車(chē)在該區(qū)段的運(yùn)動(dòng)而變化，軌道電路調(diào)整表參數(shù)的設(shè)定和優(yōu)化還應(yīng)考慮上述因素的影響，其過(guò)程可以通過(guò)較為精確的軌道電路數(shù)學(xué)模型仿真實(shí)現(xiàn)。然而目前國(guó)內(nèi)外的有關(guān)模型通常只涉及軌道電路本身，很少考慮機(jī)車(chē)這個(gè)動(dòng)態(tài)干擾源在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)軌道電路的影響[7-8]，因此無(wú)法得出干擾源與干擾量值之間的定量關(guān)系，抗干擾措施的研究與分析也就無(wú)從談起。

本文的研究思路是建立能夠反映機(jī)車(chē)運(yùn)動(dòng)對(duì)軌道電路參數(shù)影響的動(dòng)態(tài)仿真模型，通過(guò)仿真數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的比較來(lái)驗(yàn)證仿真模型的有效性。利用該仿真模型對(duì)軌道電路調(diào)整表中的發(fā)射電平和衰耗系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)定和優(yōu)化，在滿(mǎn)足《鐵路信號(hào)維護(hù)規(guī)則技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《維規(guī)》)[6]要求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)最佳信干比，達(dá)到抗?fàn)恳娏鞲蓴_的目的。

1 軌道電路受牽引電流干擾理論模型

1.1 軌道電路等效傳輸線(xiàn)四端網(wǎng)理論

軌道電路利用鐵路線(xiàn)路中的一段鋼軌構(gòu)成電路回路，理想情況下單位長(zhǎng)度的兩平行鋼軌中的電阻R0、分布電感L0、分布電容C0和漏導(dǎo)G0均勻一致，軌道電路中的兩鋼軌可近似的視為均勻傳輸線(xiàn)，因此可以使用均勻傳輸線(xiàn)的分析方法進(jìn)行分析。均勻傳輸線(xiàn)的等效四端網(wǎng)模型[9-10]如圖1所示。

圖1 均勻傳輸線(xiàn)的四端網(wǎng)絡(luò)模型

對(duì)于正弦激勵(lì)源Vs，均勻傳輸線(xiàn)的正弦穩(wěn)態(tài)特解可以表示為

( 1 )

( 2 )

1.2 無(wú)絕緣軌道電路動(dòng)態(tài)仿真模型

為便于分析研究，可選取一個(gè)區(qū)段的軌道電路進(jìn)行分析。ZPW-2000A無(wú)絕緣軌道電路仿真結(jié)構(gòu)[12-14]如圖2所示。

圖2 無(wú)絕緣軌道電路仿真模型

圖2是將軌道電路等效為若干個(gè)四端網(wǎng)級(jí)聯(lián)而成的電路，其中：NC為模擬電纜的四端網(wǎng)；NP為變比值為n的匹配變壓器的四端網(wǎng)；N1～N15為15個(gè)80 m長(zhǎng)的小區(qū)段(取區(qū)段長(zhǎng)度為1 200 m)，每個(gè)小區(qū)段由80 m鋼軌和一個(gè)補(bǔ)償電容組成；NL為分路狀態(tài)時(shí)包含機(jī)車(chē)輪對(duì)的等效分路電阻的四端網(wǎng)(調(diào)整狀態(tài)時(shí)不存在NL)；NS為接收端衰耗器的四端網(wǎng)。在圖2軌道電路結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，分別建立軌道電路分路狀態(tài)、調(diào)整狀態(tài)以及受牽引電流干擾的電路等效模型，并進(jìn)行仿真分析。

1.2.1 分路狀態(tài)時(shí)無(wú)絕緣軌道電路仿真

機(jī)車(chē)分路狀態(tài)下的軌道電路等效模型如圖3所示。

圖3 機(jī)車(chē)分路狀態(tài)下的軌道電路等效模型

圖3中，Vs為發(fā)送器輸出電平；F(x)表示從軌道電路發(fā)送端電纜到機(jī)車(chē)分路輪對(duì)前方鋼軌所組成的四端網(wǎng)絡(luò)，其中x表示分路輪對(duì)在軌道上的位置，F(xiàn)(x)隨機(jī)車(chē)位置的改變而不斷變化；Rf表示機(jī)車(chē)輪對(duì)的等效分路電阻；IR為流過(guò)短路輪對(duì)的信號(hào)電流；T(x)為等效分路點(diǎn)經(jīng)調(diào)諧單元到接收端衰耗器前方的等效四端網(wǎng)，T(x)隨機(jī)車(chē)位置的改變而不斷變化；ZR為接收器阻抗；Zin為自分路電阻到接收端的視入阻抗。根據(jù)四端網(wǎng)理論進(jìn)行計(jì)算[15]，機(jī)車(chē)在軌道區(qū)段運(yùn)行時(shí)機(jī)車(chē)信號(hào)短路電流為

( 3 )

在研究軌道電路接收端殘壓變化時(shí)，發(fā)送端到機(jī)車(chē)分路電阻之前的軌面電流信號(hào)IRZ可由機(jī)車(chē)信號(hào)感應(yīng)，為簡(jiǎn)化電路，可以將IRZ等效為電流源，此時(shí)可以主要考慮等效輪對(duì)分路電阻及其之后到接收端的電路即可，簡(jiǎn)化后的四端網(wǎng)等效電路如圖4所示。

圖4 接收端殘壓計(jì)算模型

圖4中，IRZ為機(jī)車(chē)輪對(duì)前的軌面電流，對(duì)于有載四端口網(wǎng)絡(luò)T，輸入端口電壓為

U1=Rf(IRZ-I1)=T11U2+T12I2

( 4 )

而對(duì)于四端口網(wǎng)絡(luò)，其傳輸參數(shù)方程利用輸出端口的電量U2和I2來(lái)表達(dá)輸入端口的電量U1和I1，即為

U1=T11U2+T12I2

( 5 )

I1=T21U2+T22I2

( 6 )

聯(lián)立式( 4 )～式( 6 )，消去I1可以得到

RfIRZ-Rf(T21U2+T22I2)=T11U2+T12I2

( 7 )

當(dāng)軌道電路處于分路狀態(tài)時(shí)(即有列車(chē)占用時(shí))，I2很小，為分析方便，可近似認(rèn)為I2=0[1， 15]。此時(shí)的輸出端口電壓可視為戴維南等效電路中等效電壓源的電壓，接收端殘壓VC的計(jì)算公式為

( 8 )

1.2.2 調(diào)整狀態(tài)時(shí)無(wú)絕緣軌道電路仿真

對(duì)于調(diào)整狀態(tài)，簡(jiǎn)化后的調(diào)整狀態(tài)等效電路模型如圖5所示。

圖5 調(diào)整狀態(tài)等效電路

圖5中，Vs為發(fā)送器輸出電平；TF、TG和TS分別為發(fā)送端到調(diào)諧單元的四端網(wǎng)、包含有補(bǔ)償電容的1 200 m軌道四端網(wǎng)、調(diào)諧單元到接收端的四端網(wǎng)；ZR為接收器阻抗。此等效電路模型即為有載四端口網(wǎng)絡(luò)。其中

( 9 )

式中：NT為等效發(fā)送到接收端四端網(wǎng)；Nrc為補(bǔ)償電容四端網(wǎng)；Nx為長(zhǎng)度為x時(shí)鋼軌的四端網(wǎng)。調(diào)整狀態(tài)的軌道電路接收端電壓為

(10)

聯(lián)立式(10)，可得

(11)

1.2.3 無(wú)絕緣軌道電路受擾仿真模型

無(wú)絕緣軌道電路受牽引電流諧波干擾的仿真模型如圖6所示。

對(duì)比圖2中的模型可知，電力機(jī)車(chē)受電弓自牽引供電網(wǎng)中接受牽引電流后，牽引電流中的諧波干擾會(huì)經(jīng)電力機(jī)車(chē)輪對(duì)泄放至軌道中，進(jìn)而由軌道流回到變電所。諧波干擾電流對(duì)軌道電路接收端的影響等效模型如圖7所示。

圖7中，IG為干擾諧波電流源，其與軌道電路的不平衡系數(shù)有關(guān)；Rg為機(jī)車(chē)輪對(duì)至接收端調(diào)諧區(qū)的等效電阻；ZZ為調(diào)諧區(qū)至接收器的等效四端網(wǎng)；ZR為接收器等效電阻。計(jì)算方法與軌道電路的接收端接收殘壓類(lèi)似，接收端等效阻抗兩端的諧波干擾電壓為VT′，其計(jì)算公式為

圖6 無(wú)絕緣軌道電路受牽引電流干擾模型

圖7 諧波電流干擾等效模型

(12)

因此，分路狀態(tài)下軌道電路在受到諧波電流干擾時(shí)接收端接收的疊加電壓VF為

(13)

1.3 Matlab仿真驗(yàn)證

參考軌道電路的實(shí)際配置，在Matlab仿真計(jì)算過(guò)程中選取的仿真基本參數(shù)為[16]：載頻取1 700 Hz，鋼軌電阻和電感分別取1.749 Ω/km和1 255 μH/km，補(bǔ)償電容取40 μF，補(bǔ)償電容的間距取80 m，軌道長(zhǎng)度取1 200 m，模擬電纜長(zhǎng)度為10 km，發(fā)送電平為三級(jí)(140 V)?？紤]到鐵路現(xiàn)場(chǎng)中影響軌道電路正常工作的主要因素為道砟電阻、分路電阻和不平衡系數(shù)，因此對(duì)不同分路電阻下，機(jī)車(chē)信號(hào)接收電壓和軌道電路接收端殘壓與機(jī)車(chē)位置的關(guān)系進(jìn)行了仿真。

圖8為根據(jù)1.2.1中分路狀態(tài)時(shí)無(wú)絕緣軌道電路等效模型得出的機(jī)車(chē)信號(hào)接收電壓與分路點(diǎn)位置關(guān)系仿真圖。

圖8 不同分路電阻時(shí)機(jī)車(chē)信號(hào)接收電壓與分路點(diǎn)位置關(guān)系仿真

仿真結(jié)果表明，正常分路時(shí)能保證機(jī)車(chē)正常接收到軌道電路傳輸?shù)囊祁l信號(hào)。在分路不良時(shí)，由于分路電阻Rf過(guò)大，會(huì)使分路阻抗增大，分路電流減小，機(jī)車(chē)感應(yīng)到的信號(hào)幅值會(huì)在減少的分路電流作用下而降低，可能造成部分區(qū)段接收電壓小于《維規(guī)》規(guī)定的要求。

圖9 現(xiàn)場(chǎng)機(jī)車(chē)信號(hào)接收電壓與分路點(diǎn)位置關(guān)系

圖9為現(xiàn)場(chǎng)從LKJ截取的某區(qū)段機(jī)車(chē)信號(hào)接收電壓數(shù)據(jù)圖，與圖8對(duì)比可知，仿真結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的電壓數(shù)值及趨勢(shì)基本吻合，仿真結(jié)果比較符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際。

機(jī)車(chē)分路電阻也會(huì)影響軌道電路的接收端殘壓，因此為研究分路時(shí)機(jī)車(chē)的分路位置與軌道電路的接收端殘壓關(guān)系，可根據(jù)式(12)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果和截取的現(xiàn)場(chǎng)圖如圖10所示。

圖10 機(jī)車(chē)分路位置與接收端殘壓關(guān)系圖

對(duì)比仿真(圖10(a))中機(jī)車(chē)分路位置與接收端殘壓關(guān)系圖和現(xiàn)場(chǎng)截取某區(qū)段(圖10(b))微機(jī)監(jiān)測(cè)記錄的軌道電路接收電壓曲線(xiàn)可知，在分路不良時(shí)，仿真和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采集到的電壓數(shù)值及趨勢(shì)基本吻合，仿真結(jié)果比較符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際。

根據(jù)某故障軌道電路區(qū)段采集到的1 750 Hz不平衡諧波電流數(shù)據(jù)，用基于1.2.3中無(wú)絕緣軌道電路受擾仿真模型的諧波干擾模型對(duì)存在1 750 Hz諧波干擾情況下的軌道電路進(jìn)行仿真，仿真得出的軌面電壓與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 無(wú)絕緣軌道電路1 750 Hz諧波干擾仿真及測(cè)試結(jié)果

表1結(jié)果表明，諧波干擾耦合進(jìn)入軌道電路接收端電壓隨著不平衡系數(shù)的增大而增加，這樣機(jī)車(chē)分路時(shí)諧波干擾信號(hào)與移頻信號(hào)相疊加后會(huì)使接收端殘壓超過(guò)《維規(guī)》規(guī)定的最大值140 mV，導(dǎo)致“閃紅”故障的出現(xiàn)。

另外，表1的仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果基本一致，驗(yàn)證了仿真模型的有效性。

2 基于調(diào)整表優(yōu)化方法的抗干擾方案

2.1 軌道電路調(diào)整表優(yōu)化原理和方法

軌道電路的調(diào)整表通過(guò)調(diào)整設(shè)定發(fā)送器發(fā)送電平、衰耗參數(shù)、補(bǔ)償電容等可變環(huán)節(jié)中的電氣參數(shù)，以滿(mǎn)足《維規(guī)》對(duì)軌道電路在最不利條件下的分路、調(diào)整、機(jī)車(chē)信號(hào)和斷軌檢查的要求，便于現(xiàn)場(chǎng)的施工維護(hù)使用。鐵路現(xiàn)場(chǎng)通常對(duì)一條數(shù)百公里長(zhǎng)的線(xiàn)路使用一張相同的調(diào)整表[17-18]，然而，在一條線(xiàn)路上的不同軌道電路區(qū)段，軌道電路的一次參數(shù)、不平衡系數(shù)等由于環(huán)境、使用時(shí)長(zhǎng)等因素而發(fā)生改變后會(huì)不適應(yīng)原有的調(diào)整表，故需要對(duì)新電氣參數(shù)(道砟電阻、機(jī)車(chē)分路電阻等)下的軌道電路進(jìn)行重新調(diào)整。另外，從提高軌道電路抗干擾能力的角度，也需要通過(guò)優(yōu)化軌道電路發(fā)送器的發(fā)送電平和室內(nèi)接收端的衰耗器參數(shù)，來(lái)完善既有軌道電路調(diào)整表的不足。

圖11為抗干擾方案原理圖，根據(jù)軌道電路區(qū)段所處的不同環(huán)境，對(duì)既有的調(diào)整表進(jìn)行優(yōu)化。在調(diào)整狀態(tài)下，優(yōu)化后的調(diào)整表使得軌道電路接收端電壓值在波動(dòng)的情況下也能高于《維規(guī)》規(guī)定值，并符合《維規(guī)》要求；在分路狀態(tài)下，會(huì)使軌道中的信號(hào)電流與存在的諧波干擾比值(即信干比)提高，機(jī)車(chē)信號(hào)設(shè)備在接收到軌道電路中的移頻信號(hào)時(shí)，受到諧波干擾的影響就會(huì)降低，同時(shí)，在軌道電路接收端疊加有干擾諧波信號(hào)的接收殘壓仍然會(huì)滿(mǎn)足《維規(guī)》要求。

圖11 抗干擾方案原理圖

軌道電路的發(fā)送器電平和衰耗器的衰耗參數(shù)有固定的調(diào)整范圍，在考慮軌道所處環(huán)境的同時(shí)對(duì)軌道電路調(diào)整表進(jìn)行優(yōu)化，此外，《維規(guī)》規(guī)定軌道電路正常工作時(shí)需要滿(mǎn)足3個(gè)條件，繼電器可靠工作電壓：在調(diào)整狀態(tài)下，主軌道電路接收器的接收端電壓(軌出電壓)應(yīng)不小于240 mV，此時(shí)軌道繼電器能夠可靠工作；繼電器可靠不工作電壓：在最不利條件下，使用標(biāo)準(zhǔn)分路電阻0.15 Ω在軌道區(qū)段的任意點(diǎn)分路時(shí)，主軌道接收器接收電壓(軌出電壓)應(yīng)不大于140 mV，此時(shí)軌道電路繼電器可靠不工作；在最不利分路條件下，軌道電路任意處軌面機(jī)車(chē)信號(hào)短路電流應(yīng)在載頻1 700、2 000、2 300 Hz時(shí)不小于0.5 A，而在2 600 Hz時(shí)不小于0.45 A。此3個(gè)條件以及軌道電路發(fā)送器與衰耗參數(shù)的取值范圍確定了待優(yōu)化參數(shù)的約束條件為

(14)

在式(14)約束條件下，該優(yōu)化方法的目標(biāo)為尋找出在軌道電路所處的不同環(huán)境因素、不同的諧波干擾等情況下，更優(yōu)的發(fā)送電平VS和衰耗參數(shù)N的組合，使得軌道電路抗諧波干擾能力更強(qiáng)。軌道電路調(diào)整表優(yōu)化流程主要分為以下3個(gè)步驟。

步驟1根據(jù)調(diào)整狀態(tài)下的軌道電路仿真模型，輸入軌道電路的基本參數(shù)后，篩選出調(diào)整狀態(tài)接收端電壓符合《維規(guī)》要求的發(fā)送電平Vs與衰耗參數(shù)N的組合C1。

步驟2分路條件下，根據(jù)分路狀態(tài)軌道電路仿真模型，求出在整個(gè)軌道區(qū)段每米處機(jī)車(chē)信號(hào)短路電流是否符合《維規(guī)》標(biāo)準(zhǔn)，在組合C1中篩選出符合條件的參數(shù)組合C2。

步驟3軌道電路牽引電流一定的情況下，考慮不同軌道電路不平衡系數(shù)所對(duì)應(yīng)的諧波干擾電流值，根據(jù)分路狀態(tài)時(shí)軌道電路諧波干擾仿真模型，求出機(jī)車(chē)在整個(gè)軌道區(qū)段運(yùn)行時(shí)，有諧波干擾存在時(shí)接收端殘壓是否符合《維規(guī)》要求，在組合C2中篩選出符合條件的參數(shù)組合C3。若組合C3為空，說(shuō)明軌道電路處于此種環(huán)境參數(shù)與諧波干擾的情況下，調(diào)整Vs和N參數(shù)均不能滿(mǎn)足《維規(guī)》要求；若組合C3不為空，則選取C3中調(diào)整狀態(tài)接收電壓最高、分路狀態(tài)殘壓最低和機(jī)車(chē)信號(hào)短路電流最高的組合C4為最優(yōu)組合，根據(jù)組合C4即可得出優(yōu)化后的調(diào)整表。

軌道電路調(diào)整表優(yōu)化流程如圖12所示。

2.2 軌道電路調(diào)整表優(yōu)化仿真結(jié)果與分析

利用Matlab對(duì)上述優(yōu)化方法進(jìn)行仿真運(yùn)算，軌道電路的仿真參數(shù)參考了漢宜線(xiàn)ZPW-2000A軌道電路調(diào)整表給出的軌道電路相關(guān)參數(shù)(其中的相關(guān)參數(shù)也與1.3節(jié)保持一致)。正常道砟電阻選取為5 Ω·km，不同環(huán)境條件下(道砟電阻過(guò)低或過(guò)高)的道砟電阻分別取為1、10 Ω·km，正常分路時(shí)分路電阻為0.15 Ω，分路不良時(shí)分路電阻選取為0.5 Ω；諧波干擾信號(hào)是根據(jù)表1選取的，其中諧波干擾頻率為1 750 Hz，軌道不平衡度分別取為6%、11%、15%和20%。根據(jù)以上參數(shù)對(duì)軌道電路調(diào)整表優(yōu)化方法進(jìn)行仿真，得出了在不同軌道環(huán)境、不同干擾條件下滿(mǎn)足《維規(guī)》要求的發(fā)送器電平和衰耗參數(shù)，根據(jù)仿真結(jié)果優(yōu)化出的不同環(huán)境與干擾下的調(diào)整表見(jiàn)表2、表3。

圖12 軌道電路調(diào)整表優(yōu)化方法流程

表2 考慮軌道環(huán)境參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整表(分路電阻0.15 Ω)

表3 考慮軌道環(huán)境參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整表(分路電阻0.5 Ω)

表2和表3為分路電阻為0.15 Ω和0.5 Ω時(shí)，在不同道砟電阻和不平衡系數(shù)情況下滿(mǎn)足《維規(guī)》要求的發(fā)送器電平和衰耗參數(shù)的組合(即優(yōu)化后的調(diào)整表)。其中，由表2可知，當(dāng)?shù)理碾娮杓胺致冯娮柘嗤?例如道砟電阻為5 Ω·km，分路電阻為0.15 Ω)時(shí)，軌面諧波干擾電壓會(huì)隨軌道不平衡系數(shù)的增加而增大，此時(shí)若要使得軌道電路滿(mǎn)足《維規(guī)》所要求的調(diào)整狀態(tài)接收端電壓和分路狀態(tài)下機(jī)車(chē)信號(hào)電流及殘壓的3個(gè)約束條件，發(fā)送器發(fā)送電平需要隨干擾的增大而升高，衰耗器的衰耗參數(shù)則會(huì)隨之減小以使得接收端殘壓滿(mǎn)足《維規(guī)》要求。此外，對(duì)比軌道不平衡度由6%增大到20%可知，隨著不平衡系數(shù)的增加，若使得軌道電路滿(mǎn)足《維規(guī)》要求，在增大相同發(fā)送電平的同時(shí)，衰耗參數(shù)減小的數(shù)值越來(lái)越小，即衰耗參數(shù)的減小對(duì)接收端殘壓的影響越來(lái)越大。

當(dāng)不平衡系數(shù)及分路電阻相同時(shí)，隨著道砟電阻的增大(由1～10 Ω·km)，發(fā)送器的發(fā)送電平Vs和衰耗參數(shù)N都逐漸減小。這是由于道砟電阻在增大的過(guò)程中，軌道道床兩鋼軌間的漏泄電流會(huì)逐漸減小，進(jìn)而使得移頻信號(hào)在軌道傳輸過(guò)程中的衰耗減小，調(diào)整狀態(tài)下接收端電壓所需的發(fā)送電平也就越小。另外，分路狀態(tài)時(shí)諧波干擾和殘壓疊加的接收端電壓若要滿(mǎn)足《維規(guī)》要求則需要更小的衰耗參數(shù)。

當(dāng)?shù)理碾娮韬筒黄胶庀禂?shù)均相同時(shí)，隨著分路電阻的增大(由0.15～0.5 Ω)，發(fā)送電平Vs和衰耗參數(shù)N不是簡(jiǎn)單地增大或者減小，而需要綜合考慮3個(gè)因素之間的內(nèi)在聯(lián)系。這是因?yàn)榉致窢顟B(tài)時(shí)，在相同的Vs與N的情況下，分路電阻越高，接收端的殘壓就越高；而當(dāng)?shù)理碾娮柽^(guò)低時(shí)(如1 Ω·km)，由于漏泄電流比較大，為滿(mǎn)足調(diào)整狀態(tài)時(shí)的《維規(guī)》要求，需要增大Vs或N，而為了滿(mǎn)足分路狀態(tài)時(shí)殘壓的要求，又需要減小Vs或N，此時(shí)優(yōu)化后的調(diào)整表殘壓仍然較高并且比較接近140 mV的限值。

諧波干擾條件下考慮軌道電路環(huán)境影響因素的原調(diào)整表[19]與優(yōu)化后的新調(diào)整表仿真結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 諧波干擾條件下原調(diào)整表與新調(diào)整表結(jié)果對(duì)比

通過(guò)表4的仿真數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，原調(diào)整表在道砟電阻過(guò)低時(shí)(低于1 Ω·km)會(huì)由于調(diào)整狀態(tài)接收端電壓過(guò)低而使軌道電路出現(xiàn)閃紅現(xiàn)象；在道砟電阻過(guò)高、有干擾和分路電阻過(guò)大時(shí)，會(huì)使分路狀態(tài)時(shí)接收端殘壓大于0.24 V而出現(xiàn)飛車(chē)現(xiàn)象；在不平衡系數(shù)增大，即諧波干擾增大時(shí)，軌道電路會(huì)由于接收端殘壓高于0.14 V而出現(xiàn)閃紅現(xiàn)象。在以上幾種情況下，優(yōu)化后的調(diào)整表均能滿(mǎn)足《維規(guī)》要求而使得軌道電路正常工作。

3 結(jié)論

本文針對(duì)鐵路現(xiàn)場(chǎng)牽引電流對(duì)軌道電路干擾的實(shí)際情況，展開(kāi)相關(guān)防護(hù)措施的研究，主要在以下兩個(gè)方面取得進(jìn)展：

(1)在軌道電路受牽引電流干擾的仿真模型方面，本文基于傳輸線(xiàn)四端網(wǎng)絡(luò)，考慮了軌道電路的傳輸阻抗、牽引回流分布等參數(shù)會(huì)隨著機(jī)車(chē)在該區(qū)段的運(yùn)動(dòng)而變化，進(jìn)而建立了無(wú)絕緣軌道電路動(dòng)態(tài)仿真模型。

(2)在軌道電路抗?fàn)恳娏鞲蓴_的措施方面，本文提出了基于軌道電路調(diào)整表的抗干擾措施，根據(jù)故障區(qū)段具體的軌道電路參數(shù)，通過(guò)仿真模型，在滿(mǎn)足《維規(guī)》各項(xiàng)指標(biāo)的前提下，得出最優(yōu)的發(fā)射電平和衰耗值，使軌道電路的信干比達(dá)到最大，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)抗干擾的目的。此方法具有成本低、在運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路易于實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)。

通過(guò)本文研究，得出的主要結(jié)論有：

(1)軌道電路中的道砟電阻、機(jī)車(chē)分路電阻和不平衡系數(shù)能夠直接影響不平衡牽引電流干擾量值，進(jìn)而會(huì)影響軌道電路正常工作。例如，調(diào)整狀態(tài)時(shí)，道砟電阻在低于1 Ω·km時(shí)，會(huì)使得調(diào)整狀態(tài)時(shí)軌道電路接收端電壓低于《維規(guī)》要求的240 mV；分路狀態(tài)時(shí)，分路電阻在大于標(biāo)準(zhǔn)分路電阻0.15 Ω時(shí)(如1 Ω)時(shí)，會(huì)影響機(jī)車(chē)信號(hào)接收電流和軌道電路的接收端殘壓，可能會(huì)造成“飛車(chē)”現(xiàn)象。

(2)對(duì)軌道電路調(diào)整表的優(yōu)化仿真結(jié)果表明，如果要使不同區(qū)段的軌道電路滿(mǎn)足《維規(guī)》要求，則需：當(dāng)不平衡系數(shù)及分路電阻一定時(shí)，若道砟電阻增大，需將發(fā)送電平和衰耗參數(shù)都相應(yīng)地減??；當(dāng)?shù)理碾娮杓胺致冯娮枰欢〞r(shí)，若不平衡系數(shù)增大，則需將發(fā)送電平增大而衰耗參數(shù)減小；當(dāng)?shù)理碾娮韬筒黄胶庀禂?shù)一定時(shí)，隨著分路電阻的增大，發(fā)送電平和衰耗參數(shù)不是簡(jiǎn)單地增大或者減小，而需綜合考慮3個(gè)因素(道砟電阻、分路電阻和不平衡系數(shù))之間的內(nèi)在聯(lián)系，來(lái)對(duì)發(fā)送電平和衰耗系數(shù)進(jìn)行確定。其中，優(yōu)化后的調(diào)整表可以參考表2、表3。