高鐵供電系統(tǒng)電磁干擾及其抑制的施工技術(shù)研究

摘要：本文從電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的電磁干擾類型入手，對(duì)造成電磁干擾的主要原因進(jìn)行了分析，并結(jié)合施工實(shí)際，提出了防止或降低干擾所應(yīng)采取的施工措施。

關(guān)鍵詞：牽引供電系統(tǒng)；電磁干擾；施工工藝

1 引言

高速電氣化鐵路系統(tǒng)龐大，各種裝置設(shè)備、精密儀器共存，互相之間有著各種各樣的牽連和影響。作為弱電系統(tǒng)的信號(hào)系統(tǒng)，在電氣化鐵路系統(tǒng)中處于從屬地位，更易受到外來(lái)的干擾。除了自然界的雷電等自然侵?jǐn)_外，更多的干擾來(lái)自電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)的電磁干擾。鐵路信號(hào)設(shè)備事關(guān)鐵路運(yùn)輸安全、事關(guān)人民群眾的人身財(cái)產(chǎn)的安全，那么，研究牽引供電系統(tǒng)對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)的干擾則具有深刻的現(xiàn)實(shí)意義。

2 高速電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的電磁干擾及其影響

2.1 鐵路信號(hào)電磁干擾

我國(guó)高速電氣化鐵路額的牽引供電系統(tǒng)中存在各種供電方式（AT自耦變壓器、BT吸流變壓器、直供和同軸電力電纜等），這也決定了其產(chǎn)生有各種干擾信號(hào)，主要有傳導(dǎo)性干擾、靜電感應(yīng)干擾及電磁干擾等。相對(duì)來(lái)說(shuō)，靜電感應(yīng)的強(qiáng)度和影響微不足道。而電磁干擾則會(huì)造成大的破壞。電磁干擾是是能夠使設(shè)備或系統(tǒng)性能降級(jí)的電磁現(xiàn)象，主要分為傳導(dǎo)性干擾和輻射干擾，這兩種干擾的區(qū)別在于干擾的耦合方式。電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾，主要也是通過(guò)傳導(dǎo)和輻射兩種方式侵入到鐵路的信號(hào)設(shè)備中，從而造成干擾，進(jìn)而造成經(jīng)濟(jì)損失甚或人身安全問(wèn)題。

2.2 牽引回流對(duì)信號(hào)設(shè)備的影響

在信號(hào)系統(tǒng)中，信號(hào)設(shè)備通過(guò)扼流變壓器接到鋼軌上。理想狀況時(shí)，兩鋼軌牽引電流經(jīng)扼流變壓器上下部線圈→變壓器中心抽頭→第二個(gè)扼流變壓器上下部線圈→流回鋼軌。扼流變壓器上下部線圈匝數(shù)相等，其產(chǎn)生等量大小的相反的磁通量，因此總磁通量為零，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零，這時(shí)牽引電流對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備和裝置并不會(huì)產(chǎn)生影響。但在實(shí)際中并不存在理想的情況，兩個(gè)線圈產(chǎn)生的磁通量無(wú)法抵消，由此產(chǎn)生由牽引不平衡電流所引起的干擾電壓。據(jù)統(tǒng)計(jì)，牽引電流不平衡是軌道電路元器件燒損和故障的主要原因。

直供方式與AT供電方式是我國(guó)主要采用的帶回流線的供電方式。AT牽引網(wǎng)中存在三條基本的回路：接觸網(wǎng)——大地回路、正饋線——大地回路、鋼軌——大地回路，鋼軌電流應(yīng)該限制在兩個(gè)AT變壓器之間，以利于降低軌電位，達(dá)到保護(hù)的目的；帶回流線的直供方式包括兩個(gè)基本電流回路：接觸網(wǎng)——大地回路和軌道——回流線回路，在靠近牽引供電所和列車兩側(cè)，牽引回流較大，越遠(yuǎn)離則牽引回流越小。無(wú)論哪種供電方式，地面鋼軌——大地都是牽引回流的必經(jīng)之路，這對(duì)于防御干擾有重要的指導(dǎo)意義。

2.3 牽引電磁干擾的影響

因牽引供電系統(tǒng)的影響，鐵路信號(hào)電纜芯線會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降，甚至嚴(yán)重的電磁影響會(huì)造成信號(hào)電纜絕緣層被擊穿，威脅鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩６帘蝿t是電磁兼容控制的主要手段。要想發(fā)揮作用，屏蔽電纜的屏蔽層必須接地，其接地方式主要為單端接地和雙端接地。

采用單端接地時(shí)，過(guò)電壓波沿線芯流動(dòng)時(shí)，電纜鋁外套或金屬屏蔽層不接地端會(huì)出現(xiàn)較高沖擊電壓。系統(tǒng)短路時(shí)，電纜鋁外套或金屬屏蔽層不接地端也會(huì)產(chǎn)生較高的工頻感應(yīng)電壓，，可能會(huì)導(dǎo)致多點(diǎn)接地而形成環(huán)流；采用雙端接地時(shí)的問(wèn)題主要有兩個(gè)：導(dǎo)致較大地電位差，破壞信號(hào)傳輸，燒損屏蔽層；屏蔽層流過(guò)電流時(shí)產(chǎn)生干擾信號(hào)，造成傳輸誤差。

總得來(lái)說(shuō)，作為傳輸模擬信號(hào)回路的控制電纜和屏蔽層作為信號(hào)返回回路的同軸電纜，其屏蔽層宜采用集中一點(diǎn)接地方式，不得兩點(diǎn)接地；控制電纜屏蔽層除特殊情況需要一點(diǎn)接地外，其余宜采用兩點(diǎn)接地。選兩點(diǎn)接地時(shí)，應(yīng)考慮在暫態(tài)電流作用下電纜屏蔽層不致被燒熔；當(dāng)電纜屏蔽層采用一點(diǎn)接地時(shí)，其接地點(diǎn)應(yīng)根據(jù)信號(hào)源和接收端是否接地來(lái)確定；另外，35kV及以下電壓等級(jí)的電纜都采用兩端接地方式，這是因?yàn)檫@些電纜大多數(shù)是三芯電纜，在正常運(yùn)行中，流過(guò)三個(gè)線芯的電流總和為零，在鋁包或金屬屏蔽層外基本上沒(méi)有磁鏈，這樣，在鋁外套或金屬屏蔽層兩端就基本上沒(méi)有感應(yīng)電壓，所以兩端接地后不會(huì)有感應(yīng)電流流過(guò)鋁外套或金屬屏蔽層。

3 抑制干擾信號(hào)的施工工藝

3.1 設(shè)備選擇原則

首先在供電方式上盡量選擇BT/AT/同軸電力電纜方式，以有效降低接觸網(wǎng)感應(yīng)電流的影響；其次在牽引變電所中可安裝并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，以降低諧波干擾，改善功率因數(shù)；第三，在機(jī)車上安裝并聯(lián)補(bǔ)償電容和濾波裝置。

在設(shè)計(jì)階段，盡量選擇抗干擾性好的設(shè)備型號(hào)。例如對(duì)于扼流變壓器的選型，采用新型的BES型扼流適配變壓器，其能貴50Hz干擾呈現(xiàn)串聯(lián)諧振，使絕大部分干擾消耗在抗干擾線圈，而且對(duì)25Hz信號(hào)產(chǎn)生并聯(lián)諧振，通過(guò)調(diào)整與軌道電路阻抗匹配，使25Hz相敏的相位差達(dá)到90°，大大提高信號(hào)干擾比，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的最佳傳輸。

3.2 施工措施

在現(xiàn)場(chǎng)施工和維護(hù)中，要想有效的減少干擾的影響，宜采用如下措施：

（1）線纜屏蔽網(wǎng)宜采用懸浮方案；（2）加強(qiáng)鋼軌連接線及箱合引接線和各種類型電纜施工工藝，以減輕干擾；（3）確保牽引電流縱向不平衡系統(tǒng)不大于5%，通過(guò)交流牽引電流的鋼軌端接續(xù)線宜采用焊接式多股銅線（截面不小于50mmsup2;）；（4）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)各終端之間通過(guò)光纜連接，以提高系統(tǒng)抗干擾性，保證穩(wěn)定高效運(yùn)行；（5）維修中必須保證鋼軌接續(xù)線完好，緊固扼流箱中點(diǎn)連接線及其連接端子，使其接觸良好；（6）地線不能直接與鋼軌相連，以盡量減少軌道電路的橫向不平衡，降低對(duì)軌道電路的干擾；（7）相敏軌道電路接收端串聯(lián)電阻，確保一送多受區(qū)段電壓平衡，保證室內(nèi)軌道繼電器端電壓不超標(biāo)，防止干擾破壞；（8）貫通地線不能以電纜連接替代，否則可對(duì)電纜造成損壞、腐蝕或燒毀；（9）交流電氣化鐵路區(qū)段的信號(hào)設(shè)備外緣距接觸網(wǎng)帶電部分距離小于5米時(shí)要接地；（10）先對(duì)接觸網(wǎng)正常狀態(tài)下和短路狀態(tài)下的危險(xiǎn)影響進(jìn)行計(jì)算，對(duì)超標(biāo)的信號(hào)電纜采用鋁護(hù)套電纜或其他防護(hù)措施；信號(hào)干線電纜的金屬護(hù)套兩端應(yīng)接地，多根電纜時(shí)，其護(hù)套間進(jìn)行屏蔽連接；電氣化牽引區(qū)段信號(hào)干線電纜應(yīng)采用鐵路數(shù)字鋁護(hù)套信號(hào)電纜；（11）室內(nèi)布線線槽內(nèi)低壓供電線路與信號(hào)傳輸線路應(yīng)分開(kāi)布置，不能混合。室內(nèi)低壓動(dòng)力供電纜線禁止與信號(hào)纜線同線槽或走線架敷設(shè)；（12）從電力變壓器至信號(hào)樓的電源引入線應(yīng)采用電纜，電纜埋地長(zhǎng)度不應(yīng)少于15m，并在室外與室內(nèi)的交接界面/引入口處做等電位連接；（13）在微機(jī)室進(jìn)行綜合地網(wǎng)施工時(shí)，要嚴(yán)格按銅排地間隔規(guī)定施工，各銅排構(gòu)成的方格交叉點(diǎn)處用螺絲緊固聯(lián)接，同時(shí)點(diǎn)焊錫進(jìn)行焊接，并與防靜電地板的金屬支撐及析梁應(yīng)相連接；（14）信號(hào)樓計(jì)算機(jī)機(jī)房、微機(jī)室應(yīng)按屏蔽間設(shè)計(jì)和裝修；（15）充分利用信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能，在微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中增加干擾信號(hào)指標(biāo)測(cè)試。

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