地磁暴对轨道电路的影响探究

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轨道电路是铁路信号系统重要的组成部分,系统的核心器件由微电子电路构成,属于弱电范畴,容易受到外部电磁干扰的影响。地磁暴是一种极端的空间灾害性天气,一旦发生,将引起地球磁场的剧烈扰动,地表面产生感应电势(ESP, Earth Surface Potentials)。ESP、钢轨和大地三者构成回路,就产生了地磁感应电流(GIC, Geomagnetically Induced Current)。如果地磁暴侵害轨道电路,GIC就会威胁轨道电路的正常运行状态。本文对地磁暴产生的机理进行探索,描述地磁暴侵害轨道电路中主要电气设备:扼流变压器及轨道继电器的物理过程,并分析了GIC对扼流变压器和轨道变压器特性造成的影响。采用25Hz相敏轨道电路受电端等效模型和扼流变压器等效电路,根据实际参数对轨道继电器端电压进行计算,当非线性励磁电感从2.3Ω下降到0.2Ω时,继电器的轨道线圈端电压下降41%,很可能造成继电器动接点落下。给出了ESP的计算方法,利用Matlab软件按照GIC在轨道电路中的流通路径进行GIC数值计算;利用PSCAD软件分析了GIC流入扼流变压器中对其励磁电流造成的影响。文中建立了一送一受整个轨道电路四端网络模型,对网络中无GIC时各电气节点的电压、电流参数进行计算,并采用理论计算对钢轨中有流通的GIC与轨道继电器误动作之间的关系进行了分析。利用Maxwell软件对扼流变压器的电磁特性进行仿真,给出了其励磁电流、二次侧感应电压、磁链等一系列电磁特性图,结果表明:2.5A以上的不对称GIC将使扼流变压器严重直流偏磁,造成轨道继电器端电压下降并误动作。借助Maxwell软件对轨道继电器的端电压、损耗情况、前接点压力进行仿真,结果表明:在调整状态下,1.5A以上的不对称GIC足以使轨道继电器由吸起状态误动为落下状态,对轨道电路造成干扰。本文以新型常用WXJ25型相敏轨道电路接收器为例,分析了地磁暴通过GIC对轨道电路信号传输状态的影响。计算结果表明,如果轨道电路中存在GIC,就可能导致WXJ25型相敏轨道电路接收器驱动轨道继电器发生错误动作,继而影响整个铁路系统的安全运行,这是需要高度重视的新问题。最后本文给出了轨道电路受电端Simulink仿真模型来分析轨道继电器的端电压波形,并介绍了轨道电路中GIC抑制的几种方法,分析了各种方法的优劣性,来削弱和警示地磁暴对轨道电路的影响。
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