陳 波

(1.中國鐵道科學研究院集團有限公司機車車輛研究所，北京 100081； 2.動車組和機車牽引與控制國家重點實驗室，北京 100081)

軌道電路用于監(jiān)測某一固定區(qū)段內(nèi)的線路(包括站線)是否有列車運行、調(diào)車作業(yè)或車輛占用的情況，并能顯示該區(qū)段內(nèi)的鋼軌是否完整，其作為信號聯(lián)鎖的室外重要設(shè)備，起著保證行車和調(diào)車作業(yè)安全的作用。在電氣化鐵路中，牽引供電系統(tǒng)也以鋼軌作為牽引回路，與軌道電路共用鋼軌作為傳輸通道。由于電力機車、動車組的牽引回路中有著大量的非線性器件，牽引電流中會有相當?shù)闹C波成分，如果諧波頻率落在軌道電路信號工作頻帶內(nèi)，將可能通過不平衡電流的方式對軌道電路設(shè)備造成電磁干擾[1-3]。

作為列車檢測系統(tǒng)的一種，軌道電路屬于行車安全設(shè)備，國內(nèi)外對軌道電路與機車車輛的電磁兼容性開展了廣泛研究，并形成了一系列的標準規(guī)范，對提高信號系統(tǒng)對諧波電流的抗干擾程度，減少諧波干擾信號的影響有著十分重要的指導(dǎo)意義。這些標準的追溯關(guān)系如圖1所示，技術(shù)起草主要源于歐洲標準化組織，基于EN 50238:2003，國際電工委員會(IEC)制定了IEC 62427:2007，中國則等同采用制定了GB/T 28807-2012，但IEC并未對第2、3部分進行制定，因此國標修改采用了歐洲電工標準化委員會技術(shù)規(guī)范(CLC/TS)。不考慮版本及年份，歐洲機車車輛與列車檢測系統(tǒng)兼容性相關(guān)標準的中文名錄如表1所示。

圖1 機車車輛與列車檢測系統(tǒng)兼容性相關(guān)標準追溯關(guān)系

表1 歐洲機車車輛與列車檢測系統(tǒng)兼容性相關(guān)標準

注：EN 50238的第2、3部分發(fā)布后，原EN 50238成為該系列的第1部分：總則。

本文通過介紹國外機車車輛和列車檢測系統(tǒng)兼容性標準制定過程，并對標準使用中的若干問題進行討論，為我國相關(guān)研究和標準制定提供參考。

1 歐洲相關(guān)研究及標準制定

歐洲關(guān)于信號系統(tǒng)電磁兼容性問題的研究由來已久，如Holmstrom等研究了音頻軌道電路與直流傳動列車的電磁兼容性，并由此發(fā)展出了城市軌道交通協(xié)會(UMTA)推薦方法及標準[4]，Costamagna等研究了軌道電路與四象限控制的交流傳動列車的電磁兼容性[5-6]，F(xiàn)alvo等研究了變電站與編碼軌道電路的電磁兼容性[7]。

隨著歐洲一體化進程的推進，作為泛歐高速鐵路系統(tǒng)的重要組成部分，信號系統(tǒng)與其它子系統(tǒng)的兼容性尤為重要，歐盟委員會指令96/48/EC中明確提出：高速列車服務(wù)的前提是基礎(chǔ)設(shè)施與機車車輛兩者特性之間的良好兼容性，而性能水平、安全性、服務(wù)質(zhì)量和成本取決于該兼容性[8]。由于歷史原因，歐洲各國采用的鐵路供電和軌道電路的制式繁多，如常見的牽引供電制式就有5類，即：1)25 kV，50 Hz；2)15 kV，16.7 Hz；3)3 kV，DC；4)1 500 V，DC；5)750 V， DC。而CLC/TS 50238-2中針對不同軌道電路列出的限值分類就有16種，CLC/TR 50507中詳細列出了歐洲軌道電路技術(shù)參數(shù)。因此，歐洲軌道電路的兼容性問題異常復(fù)雜，各國對此開展了長期的研究，并同時進行了成果的標準轉(zhuǎn)化，如表2所示。

1.1 ESCARV項目

ESCARV是在歐洲FP4框架方案(4thFramework Program)下，由歐盟委員會資助的研究項目，旨在解決新造鐵路車輛與現(xiàn)有供電系統(tǒng)、信號系統(tǒng)和車輛的電氣兼容性，以滿足96/48/EC中關(guān)于鐵路互通性、可靠性和安全性的要求。有17家歐洲單位參與了ESCARV項目，包括鐵路制造企業(yè)、運營企業(yè)和研究機構(gòu)等，共同合作建立完整鐵路系統(tǒng)的建?？蚣?，以便在系統(tǒng)投入運行前預(yù)測和避免互操作性問題，并為新車提出一套設(shè)計建議，同時為新制定或更新的歐洲標準規(guī)范提供輸入文件[9-10]。

表2 歐洲鐵路電磁兼容性研究項目及對標準貢獻

ESCARV項目的研究主要側(cè)重于理論方面，包括對鐵路系統(tǒng)及其部件(如變電站、線路和車輛)的建模，對干擾機制理解的加強、預(yù)測潛在問題的工具、測量方法和車輛兼容性評估等。這將縮短車輛設(shè)計過程，同時確保更廣泛的兼容性，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。

ESCARV對EN 50121和EN 50238等標準的形成和豐富起到了重要作用，以信號系統(tǒng)與車輛的電磁兼容性為例，需要從如下兩個方面進行考慮：

(1)有關(guān)鐵路基建設(shè)施的全面資料，以制訂適當?shù)募嫒轀蕜t；

(2)以干擾限值、持續(xù)時間、分析方法為形式的車輛兼容性標準。

與CENELEC SC9XA和TC9X合作，在EN 50238中建立了證明兼容性的通用程序，以減小風險、費用和項目延誤。

1.2 EMC-ARTS項目

EMC-ARTS是在歐洲FP5框架方案(5thFramework Program)下，由歐盟委員會資助的研究項目，旨在解決高級鐵路信號系統(tǒng)(ERTMS/ETCS)和車輛的兼容性問題，以滿足96/48/EC規(guī)定的互操作性要求。有7家歐洲單位參與了EMC-ARTS項目，包括鐵路制造企業(yè)和研究機構(gòu)等[11-12]，項目成果包括：

(1)可靠、高效和快速的測試方法和測量程序，用于評估ERTMS/ETCS信號裝置的敏感性和車體下方氣隙中機車車輛的電磁發(fā)射；

(2)與ERTMS/ETCS設(shè)備EMC有關(guān)的標準定量輸入材料，由信號和機車車輛制造商商定的；

(3)與ERTMS/ETCS設(shè)備EMC有關(guān)的針對信號和機車車輛制造商的定量設(shè)計指南。

EMC-ARTS的主要貢獻標準為EN 50121。

1.3 RAILCOM項目

RAILCOM是在歐洲FP6框架方案(6thFramework Program)下，由歐盟委員會資助的研究項目，專注于車輛與基礎(chǔ)設(shè)施接口(特別是在泛歐鐵路網(wǎng))，為EMC問題提供實用、協(xié)調(diào)一致的解決方案，從而促進鐵路互操作性。有17家歐洲單位參與了RAILCOM項目，包括鐵路制造企業(yè)、運營企業(yè)和研究機構(gòu)等，項目目標包括：

(1)協(xié)調(diào)泛歐鐵路網(wǎng)列車檢測系統(tǒng)的干擾限值；

(2)獲得通信系統(tǒng)鐵路電磁環(huán)境的表征，以及電磁發(fā)射與系統(tǒng)運行條件的相關(guān)性；

(3)為CENELEC內(nèi)部正進行的標準化工作提供建議。

項目研究重點關(guān)注列車檢測和通信系統(tǒng)的建模和測量，通過適當?shù)臏y試活動確定并驗證了統(tǒng)一的計算方法。RAILCOM為協(xié)調(diào)列車探測系統(tǒng)干擾限值及其確定方法做出了巨大努力，克服了現(xiàn)有國家法規(guī)和實踐造成的障礙。建立了鐵路系統(tǒng)電磁兼容性與其運行條件的相關(guān)性，以便能夠根據(jù)系統(tǒng)的特點預(yù)測電磁輻射，并評估對通信系統(tǒng)的干擾[13-14]。

值得一提的是，RAILCOM項目是在ESCARV和EMC-ARTS等項目的基礎(chǔ)上進行的，其主要參與者在歐洲鐵路共同體中具有廣泛代表性，因此有利于項目成果作為EN 50121、EN 50238和相關(guān)TSI的輸入文件。

RAILCOM的子項目2(WP2)主要研究機車車輛與列車檢測系統(tǒng)的兼容性，與CLC/TS 50238-2和CLC/TR 50507等規(guī)范的形成和豐富密切相關(guān)[15]。用于評估機車車輛對軌道電路干擾的系統(tǒng)配置圖便出自該項目，如圖2所示。

說明：冷通道——牽引單元和電源間經(jīng)軌道形成的回流通道；熱通道——電源與牽引單元之間牽引電流通道。圖2 用于評估干擾的系統(tǒng)配置

當今兼容性測試最重要的成本驅(qū)動因素是幾乎每個國家都重復(fù)測試，而非常理想的是互通性機車車輛僅需針對每種供電系統(tǒng)進行一次測試，與軌道電路的兼容性測試亦是如此。當然這需要足夠的測試環(huán)境，并不是每個基礎(chǔ)設(shè)施都適合，主要是受供電回路的特性影響，而不僅是軌道電路本身[13]。為此，RAILCOM針對歐洲不同供電系統(tǒng)，選取代表性列車分別進行了測試。

(1)瑞士：Re 460 (正常運用城際列車)，15 kV 16.7 Hz；

(2)德國：ICE-S (RAILCOM測試列車)，15 kV 16.7 Hz；

(3) 法國：TGV DASYE (RAILCOM測試列車)，25 kV 50 Hz，1.5 kV DC；

(4)捷克/波蘭：CD 163 (正常運用列車)，3 kV DC

測得的典型電壓諧振圖被作為資料性附錄列入了CLC/TS 50238-2中。

1.4 EUREMCO項目

EUREMCO是在歐洲FP7框架方案(7thFramework Program)下，由歐盟委員會資助的研究項目，總體目標是通過協(xié)調(diào)和減少軌道車輛的電磁兼容性認證過程來促進可互操作的鐵路交通[16]。EUREMCO的主要概念是具體規(guī)定歐洲各地交叉接受認證的條件，即針對相同的供電電壓，通過合理的科學方法確定“傳輸函數(shù)”，用于不同國家不同測試軌道取得的測試結(jié)果。有19家歐洲單位參與了EUREMCO項目，包括鐵路制造企業(yè)、運營企業(yè)和研究機構(gòu)等。

EUREMCO討論了軌道電路(安裝在鐵路軌道上)與鐵路車輛之間的兼容性，這兩個子系統(tǒng)間均已遇到電磁兼容問題，其主要原因是：

(1)鐵路車輛發(fā)射的干擾電流過高；

(2)軌道電路對這種干擾電流的抗擾度太低。

這兩個原因同樣適用于瞬變過程，即非常短的高強度干擾電流。

因此，鐵路車輛和軌道電路分別需要有非常明確的發(fā)射和抗擾度限值，這種限值必須用相應(yīng)的評估方法來確定，而這種方法也必須得到適當?shù)尿炞C。

一旦在歐洲層面達成共識和限值標準，車輛在一個國家的授權(quán)結(jié)果就有可能在另一個國家使用。在采用相同供電系統(tǒng)的不同鐵路網(wǎng)絡(luò)間引入所謂的“傳輸函數(shù)”，將減少認證的成本和時間，因為可以取消對額外測試(往往是昂貴的)的需求。

此外，EUREMCO還取得了以下成果：

(1)確定了用于測試軌道電路應(yīng)對瞬態(tài)過程的一組測試信號；

(2)明確了瞬態(tài)過程評估的定義和規(guī)范；

(3)明確了車輛、電源和軌道電路瞬態(tài)特性參數(shù)的限值；

(4)明確了基礎(chǔ)設(shè)施對車輛傳導(dǎo)發(fā)射的影響；

(5)獲得了同一供電系統(tǒng)內(nèi)的測試結(jié)果傳遞函數(shù)；

(6)非電氣化線路上對機車車輛不影響軌道電路工作的要求。

EUREMCO的研究進一步完善了CLC/TS 50238-2的內(nèi)容，而TSI中相關(guān)開口項也得以關(guān)閉，主要涉及CCS TSI引用的ERA/ERTMS/033281文件。EN 50617-X標準的形成也與EUREMCO項目有關(guān)，在標準中有明確的闡述。

1.5 TREND項目

TREND也是在歐洲FP7框架方案(7thFramework Program)下，由歐盟委員會資助的研究項目，有7家歐洲單位參與了EUREMCO項目，主要為研究機構(gòu)和政府部門[17]。

正如ERA在幾份報告中所指出的，機車車輛電磁發(fā)射和抗擾度是列車制造商和鐵路基礎(chǔ)設(shè)施運營商最關(guān)心的問題。遺憾的是，現(xiàn)有的協(xié)調(diào)EMC標準(EN 50121-2、EN 50121-3-1和EN 50121-3-2)并不能完全解決由機車車輛干擾最常見的信號系統(tǒng)(例如GSM-R和BTM)所引起的互操作性問題。此外，這些標準并未包括機車車輛運行中由瞬態(tài)過程所引發(fā)的典型最壞情況，通常由供電和軌道電路的不連續(xù)性產(chǎn)生。這在機車車輛和信號系統(tǒng)集成時，對列車制造商造成了嚴重的時間和資源浪費。

在此背景下，TREND項目的目標是通過設(shè)計測試裝置來解決這種問題，該測試裝置能夠協(xié)調(diào)電磁兼容性(EMC)的認可測試，不僅限于對廣播業(yè)務(wù)的干擾，也包括對鐵路信號系統(tǒng)的干擾。TREND對鐵路EMI對相鄰?fù)ㄐ藕托盘栂到y(tǒng)的影響進行了全面分析，包括測量、建模以及安全性和可用性分析等。主要分為4個研究領(lǐng)域：現(xiàn)場信號系統(tǒng)(BTM)，DC軌道電路，GSM-R和廣播服務(wù)(包括電視，無線電，貨運RFID，WIFI和GSM)，通過詳細研究每個系統(tǒng)的物理環(huán)境，可以對影響它們的EMI耦合模型進行精確分析。

TREND項目提高了對鐵路車輛和鐵路環(huán)境(信號與通信系統(tǒng))電磁兼容問題的理解，甚至具有一定超前性。同時，TREND在確定包含鐵路系統(tǒng)EMC認證測試、環(huán)境條件和/或安全性和兼容性問題的標準方面做了大量工作，提出并分析了16種CENELEC歐洲標準：EN 50121-X，EN 50122-X，EN 50125-X，EN 50159，EN 50215，EN 50238-X和EN 50388。

1.6 小結(jié)

歐洲機車車輛與列車檢測系統(tǒng)兼容性相關(guān)標準和規(guī)范的制定與多個研究項目密切相關(guān)，其基本的演進關(guān)系如圖3所示。部分項目與其他電磁兼容標準有關(guān)，圖中未詳細畫出。以EN 50238為代表的歐洲機車車輛與列車檢測系統(tǒng)兼容性標準，其形成過程歷時約20年，目前的狀態(tài)是：EN 50238第1部分為prEN(即歐洲預(yù)備標準)，第2部分和第3部分為PD CLC/TS(即發(fā)布的歐洲電工標準化委員會技術(shù)規(guī)范)?？梢姎W洲標準制定過程的嚴謹性，每個標準都有一定的研究和試驗支撐，而每個研究項目都有一定的標準化訴求，這點對我國的標準化工作非常有借鑒意義。

圖3 歐洲研究項目與標準的演進關(guān)系

2 標準若干問題分析

2.1 限值確定的基本原理

軌道電路的失效分為兩種情景：安全側(cè)失效(Right side failure， RSF)和危險側(cè)失效(Wrong side failure， WSF)。其中，RSF指故障導(dǎo)向安全，WSF指故障導(dǎo)向危險，結(jié)合軌道電路的運行原理，分別指：

RSF—當軌道沒有車輛但由于干擾而現(xiàn)實“占用”狀態(tài)；

WSF—當軌道被車輛占用而由于干擾而顯示“軌道區(qū)段空閑”狀態(tài)。

機車車輛與軌道電路電磁兼容問題包括兩個方面：一是機車車輛發(fā)射的干擾電流過大，二是軌道電路的抗擾度能力太低。因此，軌道電路干擾電流限值的確定需綜合考慮二者關(guān)系，并在其間留有一定安全裕量，如圖4所示。

圖4 軌道電路干擾電流限值的裕量

機車車輛的干擾電流限值應(yīng)根據(jù)軌道電路可承受電流限值確定，而軌道電路可承受限值應(yīng)根據(jù)預(yù)期的最惡劣失效條件(例如軌道電流不平衡、軌道或接續(xù)線的損壞)來確定。針對最常見故障原因的一組現(xiàn)實條件，需進行WSF和RSF的分析，限值曲線采用二者限值分析結(jié)果的低值。根據(jù)目前的實踐經(jīng)驗，一般RSF限值略高于WSF限值。對于軌道電路的設(shè)計，其敏感度閾值應(yīng)高于軌道電路接收機所收到機車車輛發(fā)射雜散電平加上兼容性裕量，并考慮應(yīng)用案例中規(guī)定的其它因素。對于機車車輛干擾電流發(fā)射，如果軌道電路采用多種技術(shù)手段應(yīng)對WSF，并具備更高的安全完整性，則干擾通常僅引發(fā)RSF，裕量可縮小至10%～50%，取決于軌道電路的類型。

在一條特定線路上，針對某一種軌道電路和某一種列車，達到二者的電磁兼容性并不是非常困難，實際上這是各國鐵路運營商和制造商必須要開展的工作。但是如上文所述，由于歷史原因，歐洲各國供電系統(tǒng)和軌道電路制式眾多，既有運用列車種類也繁多，采用的傳動技術(shù)也存在較大差異，如何梳理出各方都能接受的限值定義，工作量巨大。

2.2 歐洲相關(guān)標準體系的完善

現(xiàn)行的機車車輛與列車檢測系統(tǒng)兼容性歐洲標準包括EN 50238系列和EN 50617系列兩個系列，均由CLC/SC 9XA的WG 4-2負責制定，具體如下。

(1)EN 50238系列

a)prEN 50238-1:2017 《軌道交通 機車車輛和列車檢測系統(tǒng)的兼容性 第1部分：總則》

b)PD CTC/TS 50238-2:2015 《軌道交通 機車車輛和列車檢測系統(tǒng)的兼容性 第2部分: 與軌道電路的兼容性》

c)PD CTC/TS 50238-3:2013 《軌道交通 機車車輛和列車檢測系統(tǒng)的兼容性 第3部分: 與計軸器的兼容性》

(2)EN 50617系列

a)EN 50617-1:2015 《軌道交通 泛歐洲鐵路系統(tǒng)互操作性列車檢測系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù) 第1部分: 軌道電路》

b)EN 50617-2:2015 《軌道交通 泛歐洲鐵路系統(tǒng)互操作性列車檢測系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù) 第2部分: 計軸器》

此外，還有一份歐洲電工標準化委員會的技術(shù)報告CLC/TR 50507:2007 《軌道交通 歐洲鐵路現(xiàn)有軌道電路的干擾限值》作為參考。

EN 50238系列定義了一種過程，以確保在特定路線上運行的特定機車車輛不會干擾安裝在該路線上的列車檢測系統(tǒng)，特別是軌道電路和計軸器，并以CLC/TS 50238-2和CLC/TS 50238-3這兩個技術(shù)規(guī)范作為支撐，規(guī)定了限值和相關(guān)測量方法。

為了滿足未來列車檢測系統(tǒng)和機車車輛之間兼容性的要求，并實現(xiàn)歐盟內(nèi)部的互操作性和自由通行，有必要定義一個“頻率管理(FrM)”，包括完整的接口要求。在鐵路互操作性指令的背景下，列車檢測系統(tǒng)(以軌道電路和計軸器為代表)作為CCS TSI子系統(tǒng)的組成部分，其相關(guān)技術(shù)參數(shù)在CCS和LOC&PAS TSI中列舉，并在強制性規(guī)范(CCS TSI索引77)中進行了規(guī)定，而CCS TSI索引77即為上文提及的ERA/ERTMS/033281?；赪G 4-2鐵路專家的理解，在可預(yù)見的未來，軌道電路和計軸器仍將是必不可少的兩種列車檢測系統(tǒng)，因此WG 4-2進一步制定了EN 50617系列標準。

EN 50238系列主要側(cè)重于機車車輛測試的要求，而EN 50617系列主要側(cè)重于列車檢測系統(tǒng)的技術(shù)要求。至此，歐洲機車車輛與列車檢測系統(tǒng)兼容性標準體系才基本完善，ERA/ERTMS/033281也終于在2018年的V4.0版更新中關(guān)閉了諸多重要“開口項”(FrM要求)。

2.3 國際國內(nèi)標準轉(zhuǎn)化問題

IEC僅針對EN 50238:2003進行了國際標準轉(zhuǎn)化，發(fā)布了IEC 62427:2007，主要因為EN 50238第1部分主要是機車車輛與列車檢測系統(tǒng)兼容性的原理介紹和認證程序規(guī)定，比較容易達成一致。而第2、3部分則涉及限值、測試方法等細節(jié)內(nèi)容，僅歐洲內(nèi)部的差異性都很大，Petersen對此表述為“實現(xiàn)干擾限值(以及其它兼容性準則)的標準化可能是一個長期目標”[9]，目前EN 50238的第2、3部分也只是CLC/TS，尚未到標準層面，因此IEC未對該兩部分進行國際標準轉(zhuǎn)化。

因機車車輛與列車檢測系統(tǒng)兼容性涉及行車安全，中國國內(nèi)也及時等同采用IEC 62427:2007制定了GB/T 28807-2012標準，但關(guān)于具體的限值和測試方法的規(guī)定則遲遲未跟進，直至2017年才發(fā)布了分別以DD CTC/TS 50238-2:2010和DD CTC/TS 50238-3:2010為基礎(chǔ)制定的GB/T 28807.2-2017和GB/T 28807.3-2017，目前看仍存在一些問題，主要為：

(1)GB/T 28807對IEC 62427的翻譯錯誤，例如第5.3.3.1.2條“附加電壓、電流或電磁場(幅度、頻率及持續(xù)時間)等可能激勵接收機或可能影響發(fā)送器的信號輸出，使發(fā)送器給出如‘軌道電路占用’的指示”的英文原文為“The parameters (amplitudes， frequencies and durations) of the additional voltages， currents or electro-magnetic fields which may de-energise the receiver， or may influence the output signal of the transmitter， such that a ‘track circuit occupied’ indication is given”， de-energise譯為“激勵”有誤，應(yīng)為“去激勵”。

(2)因此，GB/T 28807第2、3部分將處于草案狀態(tài)的DD CTC/TS 50238-2和DD CTC/TS 50238-3作為輸入文件過于草率，其國內(nèi)適用性需嚴肅考慮，建議應(yīng)作為指導(dǎo)性技術(shù)文件[18]。GB/T 28807.2刪除了CTC/TS 50238-2中與國內(nèi)無關(guān)的供電制式和軌道電路內(nèi)容，基于ZPW2000軌道電路技術(shù)上源自UM71的假定，直接采用了CTC/TS 50238-2中針對UM71的限值規(guī)定。實際上，ZPW2000雖然是在UM71基礎(chǔ)上研發(fā)，但是做了很多技術(shù)改進，如ZPW2000新增了衰耗器、小軌道電路、專用數(shù)字電纜等[19-20]。因此，ZPW2000能否直接套用UM71的限值是值得商榷的。

此外，GB/T 28807.2中保留的附錄B典型的電壓諧振圖和附錄C基礎(chǔ)數(shù)據(jù)均是在歐洲鐵路網(wǎng)測得，對中國鐵路網(wǎng)的參考價值有限。

因此，EN 50238 系列并不適用于所有國家，更不能直接應(yīng)用于我國工程實踐。

(3)尚未構(gòu)成完整的標準體系，如2.2所述，機車車輛與列車檢測系統(tǒng)的兼容性分為發(fā)射與抗擾度兩方面，而國內(nèi)軌道電路技術(shù)標準主要為TB/T 2852-2015軌道電路通用技術(shù)條件，缺乏像EN 50617之類的標準。

總的來說，國內(nèi)對于機車車輛與列車檢測系統(tǒng)兼容性的研究基礎(chǔ)不足，中國鐵路供電制式和采用的軌道電路型號遠不如歐洲復(fù)雜，因此在運行兼容性上具有先天優(yōu)勢，但是也應(yīng)借鑒歐洲相關(guān)研究和標準制定經(jīng)驗，從基本原理、模型仿真和試驗測試等基礎(chǔ)工作入手，研究總結(jié)出真正適合中國的兼容性標準。

2.4 國內(nèi)測試實例

依據(jù)DD CLC/TS 50238-2:2010，國內(nèi)以某型動車組(以下稱為動車組A)為對象，進行了機車車輛與軌道電路兼容性的首次測試，測試系統(tǒng)框圖如圖5所示。

圖5 測試系統(tǒng)框圖

在每組動力單元回流點配置單獨的電流傳感器，通過信號線引入同一臺采集設(shè)備進行疊加，因此不存在各牽引變壓器回流采樣不同步的問題。利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備進行抗混疊濾波，同時監(jiān)測試驗過程中動車組網(wǎng)端功率、司機手柄級位、牽引變流器電氣參數(shù)等。

數(shù)據(jù)處理流程見圖6，包括：

(1)對試驗數(shù)據(jù)(1 s內(nèi)的數(shù)據(jù))進行1 s漢寧窗處理，相鄰數(shù)據(jù)的交疊率90%；

(2)進行快速FFT變換；

(3)計算1 500～3 000 Hz頻率范圍內(nèi)每個頻點對應(yīng)的電流幅值。

圖6 數(shù)據(jù)處理流程

因DD CLC/TS 50238-2:2010中無針對ZPW2000軌道電路的干擾電流限值，暫時采用針對UM71軌道電路的干擾電流限值規(guī)定，如表3所示。

表3 各典型頻率的諧波干擾電流限值

注：f0—軌道電路工作頻率或者移頻鍵控(FSK)條件下工作頻道的中心頻率；Δf—FSK帶寬；I0RMS—頻率為f0(或Δf范圍內(nèi))的干擾電流限值(均方根值)；T—干擾電流可能超出限值的最長時間，由軌道電路接收器的響應(yīng)時間確定。

此外，對頻率1 500～3 000 Hz中但不在上述范圍內(nèi)的電流限值規(guī)定為3 A。

根據(jù)DD CLC/TS 50238-2:2010設(shè)置測試工況如下。

(1)靜置試驗

a)動車組處于靜置狀態(tài)，斷主斷、降弓，測試并記錄各牽引單元回流信號的基準值。

b)動車組處于靜置狀態(tài)，升弓、合主斷，僅輔助機組啟動，測試記錄各牽引單元回流信號。

(2)動態(tài)試驗

a)網(wǎng)側(cè)電流最大工況

列車滿級牽引加速到200 km/h，司機操作開、合主斷路器來模擬過分相(3 s)；再次加速到200 km/h，恒速運行時間5 s；列車滿級牽引加速到200 km/h，制動(EB、7N)停車。

b)半動力工況

切除一半動力，列車滿級牽引加速到200 km/h，司機操作開、合主斷路器來模擬過分相(3 s)；再次加速到200 km/h，恒速運行時間5 s；列車滿級牽引加速到200 km/h，制動(EB、7N)停車。

c)運營工況

列車滿級牽引加速至300 km/h，司機操作開、合主斷路器來模擬過分相(3 s)；再次加速到300 km/h，恒速運行時間5 s；列車滿級牽引加速到200 km/h，制動(EB、7N)停車。

d)最高速度工況

列車滿級牽引加速至350 km/h，司機操作開、合主斷路器來模擬過分相(3 s)；再次加速到350 km/h，恒速運行時間5 s；列車滿級牽引加速到200 km/h，制動(EB、7N)停車。

e)被測車輛預(yù)期電流曲線中任意一點所對應(yīng)的速度。

列車牽引(以P1-P10-P5-P10順序，每個級位持續(xù)3 s)運行，從0 km/h加速到300 km/h后，以300 km/h恒速運行5 s以上，制動(以4N-7N-1N-EB順序)停車。

圖7 動車組A滿牽引功率時回流諧波分析

動車組A滿牽引功率運行時，牽引回流在1 700，2 000，2 300，2 600 Hz附近的諧波分析結(jié)果如圖7所示，頻率1 500～3 000 Hz中但不在上述范圍內(nèi)的電流均方根值為0.86 A。

后續(xù)動車組測試項目中，普遍進行了與軌道電路的兼容性測試，但對數(shù)據(jù)分析和展示方法進行改進，可以同時對動車組發(fā)射的干擾電流進行時域和頻域分析。例如國內(nèi)另一型動車組(以下稱為動車組B)滿級牽引加速至最高速轉(zhuǎn)EB制動停車全過程在軌道電路工作頻點附近的牽引回流諧波分布如圖8所示，頻率1 500～3 000 Hz范圍內(nèi)但不屬于軌道電路工作頻點的牽引回流諧波分布如圖9所示。

圖8 動車組B滿牽引加速至最高速轉(zhuǎn)EB制動停車全過程回流諧波分析(1)

圖9 動車組B滿牽引加速至最高速轉(zhuǎn)EB制動停車全過程回流諧波分析(2)

3 結(jié)語

本文從標準演進的歷史角度，系統(tǒng)介紹了與機車車輛與列車檢測系統(tǒng)兼容性標準制定相關(guān)的歐洲研究項目(從FP4至FP7)，梳理了標準與研究項目的伴生關(guān)系，歐洲標準制定過程的嚴謹性值得學習，每個標準都有一定的研究和試驗支撐，而每個研究項目都有一定的標準化訴求。

通過對標準演進歷史的研究，增強了對標準內(nèi)涵的理解，分析了干擾限值確定的基本原理。目前歐洲關(guān)于機車車輛與列車檢測系統(tǒng)兼容性的標準體系包括兩部分：EN 50238系列主要側(cè)重于機車車輛測試的要求，而EN 50617系列主要側(cè)重于列車檢測系統(tǒng)的技術(shù)要求。基于目前該系列標準的狀態(tài)，IEC僅針對EN 50238第1部分制定了IEC 62427標準，而中國國內(nèi)對于機車車輛與列車檢測系統(tǒng)兼容性的研究基礎(chǔ)不足，導(dǎo)致國標轉(zhuǎn)化并不完善，建議立足中國鐵路特點，開展機車車輛與列車檢測系統(tǒng)兼容性理論研究，借鑒歐洲經(jīng)驗，通過系統(tǒng)的測試確定符合我國實際的干擾電流限值，完善我國機車車輛與列車檢測系統(tǒng)兼容性標準體系。