用于铁路电气化区段的牵引回流平衡装置及其方法

摘要

本发明公开了一种用于铁路电气化区段的牵引回流平衡装置及其方法。该牵引回流平衡装置包括不平衡测试模块和阻抗调整模块；不平衡测试模块连接在扼流变压器牵引圈的两端，阻抗调整模块连接在钢轨与扼流变压器牵引圈之间；不平衡测试模块采集钢轨中的牵引回流，对采样数据进行分析，显示牵引回流的不平衡度以及阻抗调整建议；阻抗调整模块根据阻抗调整建议调整阻抗，使不平衡度达到最小。利用本发明，可以实现铁路电气化区段钢轨牵引回流的平衡调整，在不影响钢轨牵引回流通畅的前提下，减小钢轨牵引回流的不平衡度，提高轨道电路和车载设备的工作可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于铁路电气化区段的牵引回流平衡装置，同时 还涉及一种基于该装置的牵引回流平衡方法，属于铁路信号技术领域。

背景技术

铁路是国家交通运输命脉，铁路信号系统是指挥、控制列车运行 的系统，是保障铁路运输安全和高效有序运行的关键设备。在铁路信 号系统中，检查区段占用/空闲的轨道电路是整个信号系统的关键基础 设备，直接关系信号系统的安全、可靠工作。

铁路电气化区段设有牵引变电所，牵引回流由牵引变电所送至接 触网，列车通过受电弓与接触网连接得到牵引电源。列车在使用牵引 电源时，产生了宽频谱的谐波电流。该电流随列车泄流轮接至钢轨， 并通过钢轨回牵引变电所。这种钢轨上的谐波电流即为牵引回流。随 着铁路运输事业的快速发展，列车重量及列车速度的增加，电力机车 的牵引回流随之增加。两条钢轨的牵引回流因不平衡会对轨道电路和 车载设备造成干扰，尤其对轨道电路的传导性干扰最为严重。如果不 采取一定的防护措施，不但会影响轨道电路的正常工作，而且会引发 车载设备故障导致刹车。

为解决牵引回流对轨道电路的干扰问题，一般采取如下措施：一 是轨道电路要有一定的抗不平衡干扰能力。如25Hz相敏轨道电路的技 术标准中就要求其抗不平衡电流为60A。二是采用等阻抗的钢轨连接 线，即在较长的那根钢轨连接线中，绕入部分铜芯，使两根钢轨连接 线的电阻相等。三是调整漏泄电阻，如清洗道床、更换钢轨下的绝缘 垫片等，努力保持钢轨回流的对地泄流的平衡性。但在道岔区段，因 道岔结构等原因，钢轨阻抗的不平衡是无法调整的。这样会存在一些 弊端：一是增加维护工作量。在弯道地段，因外侧钢轨磨损比内侧钢 轨严重，磨耗下来的导电屑渣较多，造成对地的电阻必然减小，引起 牵引回流不平衡。因此需要经常清理道砟等工作，加大了工作量。二 是不平衡存在盲目性。在道岔区段由于道岔结构等原因，钢轨阻抗不 可能相等。即使将钢轨连接线阻抗设计为相等，结果仍然是不可能使 牵引回流相等的。牵引回流所引起的干扰依然存在，甚至还会提高钢 轨回流的不平衡程度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的首要技术问题在于提供一 种用于铁路电气化区段的牵引回流平衡装置。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种基于上述装置的牵引 回流平衡方法。

为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种用于铁路电气化区段的牵引回流平衡装置，包括不平衡测试模 块和阻抗调整模块；所述不平衡测试模块连接在扼流变压器牵引圈的两 端，所述阻抗调整模块连接在钢轨与扼流变压器牵引圈之间；

所述不平衡测试模块采集钢轨中的牵引回流，对采样数据进行分析， 显示牵引回流的不平衡度以及阻抗调整建议；所述阻抗调整模块根据所 述阻抗调整建议调整阻抗，使不平衡度达到最小。

其中较优地，所述不平衡测试模块包括电流采集单元、电流分析单 元和数据显示单元；

所述电流采集单元连接扼流变压器牵引圈的两端，所述电流分析单 元分别与所述电流采集电元和所述数据显示单元相连接；

所述电流采集单元采集钢轨中的牵引回流并将采样数据发送至所述 电流分析单元，所述电流分析单元对所述采样数据进行分析，得出不平 衡度曲线以及阻抗调整建议；所述数据显示单元显示阻抗调整建议以及 不平衡度曲线。

其中较优地，所述阻抗调整模块为具有多档调整阻抗的钢轨连接线。

其中较优地，所述钢轨连接线为四根，分别连接在信号接收设备和/ 或信号发送设备的扼流变压器牵引圈的两端。

一种用于铁路电气化区段的牵引回流平衡方法，包括如下步骤：

采集钢轨中的牵引回流；

对采样数据进行分析，得出不平衡度以及对钢轨连接线的阻抗调整 建议；

根据所述阻抗调整建议调整钢轨连接线的阻抗，使所述不平衡度 达到最小。

其中较优地，所述不平衡度为扼流变压器牵引圈两端的电流差值。

其中较优地，对所述采样数据进行频谱分析，针对车载设备频带范 围内的分量进行提取分析，从而判定频带内干扰量。

其中较优地，在调整钢轨连接线的阻抗时，对信号发送设备和/或 信号接收设备两端的钢轨连接线的阻抗分别进行调整。

本发明所提供的用于铁路电气化区段的牵引回流平衡装置及其方 法，在不影响钢轨牵引回流通畅的前提下，可以实现铁路电气化区段 钢轨牵引回流的平衡调整，减小钢轨牵引回流的不平衡度，提高了轨 道电路和车载设备的工作可靠性。

附图说明

图1为本发明所提供的牵引回流平衡装置的工作原理示意图；

图2为本发明应用于铁路电气化区段的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

参见图1，本发明提供的牵引回流平衡装置包括不平衡测试模块 和阻抗调整模块。其中不平衡测试模块包括电流采集单元、电流分析 单元和数据显示单元。电流分析单元分别与电流采集电元和数据显示 单元相连接。电流采集单元连接扼流变压器牵引圈的两端，采集钢轨 中的牵引回流并将采样数据发送至电流分析单元。电流分析单元对电 流采集单元的采样电流进行分析，得出不平衡度曲线以及阻抗调整建 议。数据显示单元显示阻抗调整建议以及不平衡度曲线。阻抗调整单 元根据数据显示单元的阻抗调整建议以及不平衡度曲线进行阻抗调 整。钢轨的阻抗调整后，会影响钢轨中的电流变化，进而实现钢轨中 牵引回流的平衡。下面对此进行详细介绍。

参见图2，图中牵引回流包括I、I1、I2、I3、I4、IA、IB。ID1 和ID2为牵引回流在钢轨上流回牵引变电所时，向大地漏泄的电流。 钢轨牵引回流I通过扼流变压器牵引圈后，在线路的两根钢轨上分成 钢轨电流I1、I2，由于钢轨阻抗RG1-2不同、钢轨对地阻抗RD1-2不 同及钢轨连接线阻抗RL1-2不同，使得进入信号发送设备端扼流变压 器牵引圈两侧的电流IA、IB不相等。牵引回流IA、IB均在扼流变压 器信号圈上产生感应信号，但相位是相反的，即牵引回流IA、IB在扼 流变压器信号圈产生的感应是相互抵消的。当IA≠IB时，IA和IB在 扼流变压器信号圈的感应不能完全抵消，这个抵消完后的剩余感应电 流对轨道电路来说就是干扰信号。由此可见，尽量使IA与IB相等就 能减小牵引回流对信号设备的干扰。IA、IB越不平衡，对信号设备的 干扰越大。

在本发明的一个实施例中，牵引回流平衡装置的不平衡测试模块 包括电流采集单元、电流分析单元以及数据显示单元。其中电流采集 单元采用钳形电流互感器，分别接在扼流变压器牵引圈的两侧。该电 流采集单元同时采集扼流变压器牵引圈两端的电流IA、IB，并对电流 进行采样、滤波、A/D转换后将数据发送至电流分析单元。

前已述及，钢轨连接线的阻抗直接影响钢轨牵引回流的平衡。电 流分析单元根据电流采集单元的采样数据测试不平衡度，并给出钢轨 连接线的阻抗调整建议。该阻抗调整建议可以根据常规电路原理做出。 下面以一根钢轨连接线进行阻抗调整为例进行说明。例如若IA＞IB， 则建议减小IB所在钢轨连接线的阻抗，从而使IB增大、IA减小，缩 小IA与IB差值，提高牵引回流的平衡性。根据不平衡度和钢轨连接 线的实际情况，本领域的普通技术人员也能提出其它的阻抗调整建议， 在此就不详细说明了。

电流分析单元接收电流采集单元的IA、IB电流的采样数据，首先 根据采样数据分析并测试牵引回流的不平衡度。不平衡的牵引回流用 不平衡度来衡量，即扼流变压器牵引圈两端的电流差值IA－IB。电流 分析单元首先对比电流IA与IB，得出IA与IB的差值，然后对IA与 IB的差值的电流信息进行采样及频谱分析。频谱分析时需要针对车载 设备频带范围内的分量进行提取分析，从而判定频带内干扰量。由于 不平衡牵引回流对车载设备的有效干扰只是在495Hz～905Hz、 1689Hz～1711Hz、1989Hz～2011Hz、2289Hz～2311Hz、2589Hz～2611Hz 这几个频带上，其他频段的干扰是无效的。为了保证车载设备的可靠 性，对干扰量进行频谱分析是有必要的。当牵引回流引发干扰并造成 车载设备故障刹车时，对比分析车载设备的监测记录和电流分析单元 的不平衡测试结果，能够快速查清干扰情况，同时针对干扰情况进行 准确的处理。

在本发明的一个实施例中，优选采用四根钢轨连接线。如图2所 示，四根钢轨连接线均为可调连接线。这样一方面调整范围会更大些， 另一方面便于产品制造和维修备品备件的配置。由于利用钢轨连接线 进行不平衡调整的能力是有限的，因此仅仅使用钢轨连接线调整牵引 回流，使之完全平衡不现实，甚至也不可能。另一方面，因轨道电路 设备本身具有60A不平衡电流的抗干扰能力，所以在一般情况下，通 过调整钢轨连接线的阻抗，使牵引回流不平衡的干扰在轨道电路设备 允许范围内即可，这样能解决绝大部分问题。若钢轨单边接地，还必 须进行道床清洗或消除接地点短路等故障才行，这种情况是极少数的。 在本发明中，对于不平衡电流调节没有精确的数值指导，只是根据电 流分析单元的分析数据给出调整建议。整个调整过程可以由人工进行 控制。

数据显示单元显示电流分析单元的调整建议以及不平衡度的曲 线。例如IA＞IB，直接显示减小某侧钢轨连接线阻抗。阻抗调整单元 则根据数据显示单元中的建议调整钢轨连接线的阻抗，同时观察不平 衡度曲线，使不平衡度达到最小值。

在本发明的一个实施例中，阻抗调整模块优选具有多档调整阻抗 的钢轨连接线，即平衡型钢轨连接线。现有的钢轨连接线的阻抗固定， 钢轨牵引回流的不平衡度基本是不能调整的。钢轨连接线的阻抗是牵 引回流流经路线的阻抗，其阻抗越大流经它的牵引回流越小，其阻抗 越小流经它的牵引回流越大。因钢轨截面远大于钢轨连接线截面，即 等长的钢轨阻抗远小于钢轨连接线阻抗。对于长度一般为200m左右的 站内轨道电路而言，调整钢轨连接线的阻抗，能有效调整通过其的牵 引回流的大小。本发明中采用的钢轨连接线通过对阻抗进行调整，实 现钢轨中牵引回流的调整，从而减小IA、IB的差值，降低牵引回流对 信号设备的干扰。

参见图2，本发明中的钢轨连接线分别连接在信号发送设备和/或 信号接收设备的扼流变压器牵引圈的两端，RL1和RL2分别表示钢轨 连接线的阻抗。一旦钢轨连接线的阻抗调整，可以直接影响扼流变压 器牵引圈两端牵引回流的变化。本发明中优选对信号发送设备和信号 接收设备两端的钢轨连接线的阻抗分别进行调整，实现相对精确的牵 引回流调整。需指出的是，一个轨道区段的四根钢轨连接线均是可以 调整阻抗的，当然也可以只调整信号发送设备的两根钢轨连接或者信 号接收设备的两根钢轨连接线。显然，四根钢轨连接线阻抗的调整范 围相对于两根钢轨连接线的阻抗调整范围更大、更精确。

阻抗调整模块根据电流分析单元的建议进行阻抗调整。例如当IA ＞IB，电流分析单元建议减小IB所在钢轨连接线的阻抗。在减小钢轨 连接线阻抗的过程中，需实时观察数据显示单元中显示不平衡度的曲 线，尽可能地保证不平衡度的值达到最小。当不平衡度的值最小时， 钢轨中牵引回流的干扰对于信号发送设备或者信号接收设备的干扰是 最小的。

综上所述，本发明通过实时监测钢轨回流牵引回流的不平衡度， 并根据监测数据对钢轨连接线的阻抗进行调整，减小牵引回流对信号 设备的干扰。利用本发明，可以实现铁路电气化区段钢轨牵引回流平 衡调整，达到在不影响钢轨牵引回流通畅的前提下，减小钢轨牵引回 流的不平衡度，提高了轨道电路和车载设备的工作可靠性。

上面对本发明所提供的用于铁路电气化区段的牵引回流平衡装置 及其方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背 离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构 成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。