广深四线并行安全性研究报告-090803-1

广深四线并行区间贯通地线、横向连接设置安全性研究研究及试验测试报告广深铁路股份有限公司广州铁路（集团）公司电务处北京全路通信信号研究设计院2009年8月3日目录一、项目背景及依据 (3)二、研究内容 (4)三、ZPW-2000A区段接地及回流的连接 (5)四、干扰产生原理及影响分析 (8)五、电路分析及仿真分析结论 (18)六、试验概况 (33)七、电气化回流相关部分的分析 (37)八、工程实施方案 (40)九、其他类型的四线区段的考虑 (43)附件：测试数据 (44)一、项目背景及依据既有广深Ⅲ、Ⅳ线自动闭塞于2008年1月竣工，地面信号设备采用ZPW-2000A无绝缘轨道电路。

既有广深Ⅰ、Ⅱ线自动闭塞于1994年竣工，采用双红灯防护多显示自动闭塞，双线双方向追踪运行，地面信号设备采用法国UM-71无绝缘轨道电路，设计长度900m～1100m，目前设备已到了大修期。

基于目前广深Ⅰ、Ⅱ线TVM-300超速防护设备已经废弃的现状，本次工程改造将既有Ⅰ、Ⅱ线UM-71双红灯防护自动闭塞改造为ZPW-2000单红灯防护自动闭塞。

由于出现了相同方向载频线路并行情况，线路间通过耦合途径或故障条件下通过横向连接线必然形成相互间的干扰，车载无法通过上下行载频进行区分干扰信号，地面设备也不能识别与自身载频完全相同的干扰信号，因此需对轨道电路间干扰进行分析，提出实现对地面和车载设备的安全防护的技术方案，以确保在有干扰存在的条件下各系统正常工作。

广深线长距离四线并行，且均为S-X-S-X（上行—下行—上行—下行）间隔排列，因此同方向载频区段均为隔线条件，III、IV装设ZPW-2000A轨道电路，目前I线、II线UM71无绝缘轨道电路，改造为ZPW-2000A轨道电路中，为了减少应答器线路数据的修改，闭塞分区设置及轨道电路布置情况需保持与原有不变。

由于该线路的特殊性，当前无可循的设计标准，必须对贯通地线、横向连接线的设置方式进行研究，并通过现场测试、系统试验验证，提出工程适用的设计原则，该项目对于本工程的顺利开通和今后长期的运营安全有重要意义，并为当前城际建设中面临着四线并行的运用条件下科学制定设计依据、解决四线建设技术标准积累经验。

二、研究内容本项目内容属于四线并行区间运输安全性的基础研究，在复线区段，车载通过设置上下行运行方向能够对邻线产生的干扰信号进行有效识别和防护，地面设备也能够分辩自身载频信号完成对其他频率信号的识别和防护。

但是在四线并行区段，干扰信号为本方向载频或与本区段完全相同载频，既有复线条件下的防护手段已经不能满足使用要求，必须对干扰成因和各主要途径进行分析，主要包括对地面横向连接、地线连接、回流线连接及区段载频布置等设置方式进行研究，由于线路间还会通过散布在空间的电磁场构成串音干扰，需要对线路间形成的空间干扰情况进行分析并提出解决方案，主要包括以下几部分：（1）四线接地连接及吸上线布置原则的研究。

（2）横向连接设置原则的研究。

（3）线路间串音干扰的研究。

（4）提出适用于工程的实施指导意见。

研究内容可分解为如下关键技术点：（1）邻线干扰的产生原理及构成途径分析；（2）吸上线、横向连接及地线设置对干扰的影响的分析；（3）邻线干扰对车载设备干扰量分析及防护方案；（4）邻线干扰对地面干扰电压量分析及防护方案；（5）线路间串音干扰量的分析与防护；（6）单根和多根贯通地线的对比分析；（7）钢轨回流及分布情况的测试；（8）针对于广深四线条件下的工程实施方案的研究；（9）其他四线并行情况的预计与分析。

三、ZPW-2000A 区段接地及回流的连接1、连接线定义及作用在ZPW-2000A 区段调谐区内空心线圈设备对于牵引电流阻抗小于10m Ω，作为两钢轨条间的等电位连接，保证了连接在其上的设备及轨道作业人员安全；从另一角度，牵引电流每经过一次调谐区完成钢轨上牵引电流的均流。

两线路间设置横向连接线作为线路间的等电位连接，也实现了两条线路的牵引电流均流，降低线路钢轨间电位差，确保线路间不会出现高电位差。

该连接线即为简单横向连接，―是一种两轨道间的等电位连接（摘自C 版秦沈客运专线接地和连接线原则）‖。

完全横向连接是一种轨道间接地式等电位连接（摘自C 版秦沈客运专线接地和连接线原则），其完成了线路间等电位连接外，还起到了与大地的等电位连接作用。

完全回路横向连接（IRTL ）是一个完全横向连接并为两轨道间接地式的等电位连接提供牵引回流到回流线的回路（摘自C 版秦沈客运专线接地和连接线原则）。

不同的横线连接对钢轨对地电位的影响如下图所示： 完全横向连接完全横向连接简单横向连接钢轨对地电压通过上述各种连接线的分析，它们的共同点是―等电位‖，可以归纳为：同线路两条钢轨间采用空心线圈等电位；线路间通过横向连接等电位；线路与大地通过完全横向连接接地等电位。

这些连接在等电位的同时，均成为钢轨电流均流的通道，这些连接使原本各自独立的钢轨、回流线甚至大地构成了一个网状的接地回流系统，并且在电力系统中，回流线经过一定距离后需要接地和进行横向连接，纵切面如下图所示：横切面如下图所示：回流线钢轨钢轨回流线大地2、四线区段等电位及回流的均衡四线并行后，对于整个接地回流网络，增加了两条线路，需要如何进行等电位连接，以及在连接后会对那些方面带来影响？与复线时相同的问题，在设置这些连接时仍需考虑钢轨——钢轨间、线路——线路间、线路——大地的电位差问题。

在四线区段，仍然使用ZPW-2000A轨道电路，设置在每个调谐区的空心线圈没有变化，同线路钢轨条间的情况与复线相同。

要完成线路和线路间的等电位，不可避免的需要进行线路间的横向连接，为了保证钢轨对地电位，仍然通过完全横向连接实现，每两条相邻的线路间必须设置等电位线，即：1线与2线、2线与3线、3线与4线，而且每条线路必须设置接地点，因此，需要将四条线路连接在一起。

纵切面如下图所示：由于存在相同方向轨道电路载频并行，需对通过这些连接线或通过空间的电磁场形成的干扰进行分析及防护，既是本项目针对干扰的研究部分。

四、干扰产生原理及影响分析通过分析同方向载频并行线路间存在的干扰途径主要包括以下3类：（1）轨道电路正常条件下通过电磁场形成的耦合干扰；（2）轨道电路故障条件下通过横向连接线、回流线、地线等连接通道形成的传导干扰；（3）轨道电路故障传导电流衍生的二次耦合干扰。

以上各种途径均需要考虑线路的各种自然变化（道床电阻、区段分布）、正常运用状态（占用和出清），且需要分别分析对于地面和车载设备影响。

关系图下图所示：各种干扰简要原理如下图所示：（1）正常条件下的耦合干扰正常条件下，钢轨线路间就能通过相互间的互感形成串音干扰，在被串区段产生电压和干扰电流。

环路对环路的耦合（2）故障条件下的传导干扰轨道电路出现断轨、扼流引接线断线等故障时，信号会通过连接到线路的横向连接、贯通地线或回流线等电气通道进入邻线区段，形成干扰，该类干扰形式是对于横向连接安全性研究的主要内容。

传导电流示意图（3）传导电流衍生的二次耦合干扰在形成传导电流后，由主串线路上的电流形成的对被串区段的单线对双线的干扰。

1、线路间耦合干扰的成因与主要相关因素轨道电路是利用钢轨构成回路，向两根钢轨条上发送电压并形成回路电流，钢轨条间将产生电力线，并在线路周围形成磁力线，这些场会延伸到周围的空间，对周围的线路产生干扰，主要分为容性耦合和感性耦合，在并行的钢轨线路间干扰主要是通过线路间的感性耦合形成的。

（互容和互感与串扰有关，若电流回路不是很宽的均匀平面，感性耦合电流将远大于容性耦合电流，此时的干扰行为主要由感性耦合决定。

）（1）原理分析主串回路的信号电流通过线路间互感在被串回路中形成干扰信号。

原理如下图所示：回回回回对于两个信号回路间的耦合，当交变电流通过线圈1时，互感磁通Φ21的变化便在线圈2中感应出互感电压U 12。

它们之间有这样的关系：dtdi M dt d U 1122112⨯==φ，可以得出∣j ωM ∣是主串电流dI 生成干扰电压dU 的转换系数。

为了进行分析和计算，将该关系确定为如下电路所示：M 12dx回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回ZC1（2）耦合干扰量值的相关因素由于干扰是通过互感形成，∣j ωM ∣是联系主串和被串之间的系数，该值与线路间距离有关，干扰量与主、被串线路并行长度、列车分路位置、道碴电阻、主串回路电平等相关。

（3）耦合干扰分析需要的基础参数被串回路形成的电压依赖于主串回路电流值，线路间互感值为M ，该参数是完成对耦合干扰量分析的基础参数，通过实测能够得到特定线间距离条件下的M 值，但在分析中，线间距离需要按不同长度考虑，因此还需要建立M 与线路距离间的函数关系，对于平行传输的线路，根据理论公式 61210)24131423ln 200(-⨯⨯⨯⨯⨯=R R R R k M 亨/公里(式中R13~R24为两回路各轨条间的距离)，以及实际测量的某一特定长度条件下的∣j ωM ∣与线间距离L ，可以计算得到k ，其他线路间距的M 值可以通过上述公式求得。

该参数的测量方法如下：对主串通以一定电流，1250频响分析仪CH2测量被串回路终端电压，CH1测量采样电阻电压，采样电阻电压与主串回路电流量值相同，∣j ωM ∣12ch ch I U Z B == (其中，U B 为被串回路受扰电压,I Z 为主串回路主串电流)使用四种频率测得∣j ωM ∣值，测试电路如下图所示：通过试验1、2测得，实测得∣jωM∣值如下表所示：单位:（Ω/km)2、传导干扰成因与主要相关因素一个典型的连接如下图所示：地线地线地线地线（1）原理分析传导通过线路间的横向连接线构成，存在线路不平衡时会出现干扰，详细如下：1）主串被串均为平衡时不存在干扰传导干扰信号回路通过两个相邻的横向连接构成，在线路不平衡条件时存在，主串回路不平衡时会形成干扰电流，被串回路存在不平衡时该干扰电流能够在被串区段形成干扰效应，主串回路平衡时，主串回路的两个对外连接点间是等电位点，该条件下不在被串回路中形成干扰电流，正常条件下的横向连接如下图所示：等势点 U=0接收端2）主串不平衡，被串平衡时有干扰电流，但不形成干扰效果主串回路存在不平衡，被串回路平衡条件下，虽然能够形成干扰电流，但是由于信号在被串回路中平行对称传输，不会在被串回路中形成干扰电压，也不能在在被串回路中形成影响车载设备电流信号，如下图所示：发送端3）主串不平衡，被串不平衡时有干扰电流，形成干扰效果主串与被串同时存在不平衡时，会在传导通道中形成干扰电流，并且在被串区段形成干扰效果，如下所示：回回回（2）影响传导干扰量值的因素分析该方式是经过扼流半圈阻抗进入相邻区段，在通过相邻区段全程钢轨经另一端扼流回到本线路，干扰两与相邻横向连接间的距离，横向连接引出位置，主被串的列车分路位置、道碴电阻情况、其他外部连接情况、主串发送电平等有关。