試論我國電氣化鐵路中牽引電流對信號系統的干擾

摘 要：隨著我國電氣化鐵路的不斷發展，牽引電流對信號系統的干擾這一影響鐵路安全的問題已成為亟待解決的重要問題之一。本文分析了牽引電流對信號系統的干擾的若干形式，并提出解決辦法。

關鍵詞：牽引電流 信號系統 電氣化鐵路

中圖分類號：U2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（c）-0114-01

從我國電氣化鐵路多年運行來看，電氣化干擾對信號系統的影響，可劃分為傳導、感應和輻射三種形式。由于傳導性干擾的能量大，具體表現形式為：牽引電流不平衡引起的傳導性干擾、牽引電流中進入大地的電流分量引起的地電位升、接觸網高壓電場感應引起的工頻電場、牽引電流引起的工頻磁場、電力機車受電弓與接觸網摩擦等引起的射頻電磁場騷擾。

1 傳導性干擾

傳導性干擾指的是通過導電介質把一個電網絡上的信號耦合（或干擾）到另一個電網絡。電氣化鐵路對信號系統的傳導性干擾包括了牽引電流因回流不暢對信號設備的干擾和軌道電路兩條鋼軌中通過的牽引回流不相等對軌道電路的傳導性干擾，即不平衡牽引電流，不平衡電流的大小由鋼軌中牽引電流和軌道（包括扼流變壓器等器材）的不平衡程度決定。多數軌道區段不平衡系數小于10%，不平衡電流有穩態和瞬態脈沖兩種形式，較大不平衡電流以及脈沖電流中的直流分量易造成扼流變壓器的鐵芯器件的磁飽和，削弱信號傳輸。對于軌道電路設備，此干擾源的性質近似為電流源，音頻信號接收還應對同頻段的諧波成分進行防護。

2 感應耦合

感應耦合包括靜電感應、容性耦合和感性耦合干擾。

（1）靜電感應干擾。當接觸網輸入27.5 kV的工作電壓以后，在接觸網導線的周圍形成垂直于導線表面的交變電場。由于靜電感應作用，處于電場內的架空通信信號線路將產生靜電感應電位，從而對通信信號線路產生有害干擾。因為電氣化鐵道牽引的工頻50 Hz的電流頻率很低，靜電感應干擾是及其微小的，其相對于信號系統中的信號而言，可以不計。

（2）容性耦合。容性耦合是指在接觸網存在對地不平衡電壓而引起感應的影響。在單項工頻25 kV交流制電力牽引區段的接觸網周圍空間產生連續分布的交變電磁場，由于鄰近的人或受擾設備與大地間存在電容，接觸網與人或設備之間又有耦合電容因此必然產生感應電壓，形成容性耦合。因此在鐵路沿線設置的各種信號設備上，會產生對大地的電位和縱電動勢，同時各種信號電路內也會導致感應電流的出現。

采用BT供電方式時，在鋼軌和大地中的回歸電流大致為零，此時對外界的感應干擾值最低。但在吸流變壓器起不到作用的半段效應區段，其最大長度按電力機車位于距吸流變壓器最近處考慮時，則為吸流變壓器到吸上線，此區段的感應干擾為最大。

（3）感性耦合。牽引電流可達數千安培，當接觸網中有電流通過時，由9f359231bee64a4fef518a5bc82ed55301c7ad08eace7628e01745c6b1c51c2b于強電線與受擾設備之間有耦合電感，因此受擾設備中會產生感應縱向電動勢，從而形成感性耦合。感性耦合不僅與接觸網電流的大小有關，還與接近的距離，接近的長度有關。

電場為容性耦合，電場占優時，在近場處隨距離的三次方衰減。信號設備防護手段包括采用良導體屏蔽并接地、與接觸網保持距離等以減小耦合電容。埋地電纜可不考慮電場影響。工頻磁場通過電感耦合，磁場占優時，在近場處隨距離的三次方衰減，在通信信號電纜盒電路中產生感應電動勢或電壓，在AT、BT、直供加回流線等供電方式下，由于回流線的作用，會減弱磁耦合的影響。低頻磁場屏蔽應采用高磁導率材料，但需考慮磁飽和問題。

3 輻射影響

電磁輻射干擾就是干擾源通過空間傳播到敏感設備的干擾。一旦機車通過，接觸網有電流就會在其周圍產生電磁輻射干擾。此種干擾表現為靜電感應與電磁感應。在通電導體周圍，存在“天線效應”，在這種效應中，當把一個載流導體作為發射天線，在它的周圍就會產生感應電磁場并向外輻射一定強度的電磁波。同時，處于電磁場中的其他任一導體則被看作是一段接收天線，會產生一定的電動勢。正是這種效應導致電子設備相互產生電磁輻射干擾。

電氣化鐵道產生的射頻輻射干擾的原因主要包括：牽引接觸網的火花放電；接觸網和受電弓滑板間離線引起電弧；電力牽引機車的換流過程；電氣化鐵道開光設備、電力機車內電機、調壓器、開關設備在操作中的瞬態過程。電磁騷擾在室內、軌旁、車載具有不同的強度，對該環境中信號設備呈現不同的側重點和形式。鐵路系統無線通信制式包括無線列調、模擬集群、數字集群以及鐵路專用數字移動通信系統GSM- R等。

電磁輻射對無線通信形成干擾，射頻電磁場騷擾其頻段為數百干赫茲至1兆赫茲，射頻電磁場為遠場，隨著距離增大而減小，騷擾磁場強度大小主要與受電弓—接觸網參數、列車速度等因素有關，對GSM-R等無線通信等產生干擾。對輻射騷擾屏蔽的機理是電磁波的反射和吸收，并不需要接地。

4 干擾信號進入信號系統的途徑

電氣化鐵路的供電方式及特點決定了其干擾信號的類型，各種干擾信號又具有其自身的特點和傳輸方式，通過電纜線路將具有一定邏輯聯鎖關系的各信號控制子系統的室內、外設備聯系起來，結合操作人員指令，經過聯鎖計算形成驅動命令從而控制驅動電路，最終完成對室外設備的控制，達到確保行車安全和效率的目的。鐵路信號設備及電氣化鐵路本身的特點決定了干擾信號進入信號系統的途徑，具體有：（1）干擾信號通過鋼軌、信號電纜、接地設備、設備外殼、設備電源等部位進入到信號系統，對信號系統的正常運行產生干擾。（2）牽引電流產生的干擾信號以空中輻射的方式，即以電磁波方式向空中輻射，對信號系統的電子設備產生干擾。（3）干擾源通過感應的方式耦合到電纜等信號設備中去。

5 結語

綜上所述，對于信號系統而言，電氣化鐵道為強電系統，電磁環境復雜，具有高電壓大電流的特點，并且電力機車為非線性負載，在運行過程中會產生大量諧波成分和電磁輻射。電力牽引的供電回路是接觸網和鋼軌作為導線的非對稱供電電路，由于鋼軌對大地的絕緣程度不高，一部分電流沿大地流通，牽引電流會對沿線的信號設備直接產生干擾。在這種背景之下我們必須采取區分牽引電流、減少鋼軌電流的不平衡等方法，從而減少牽引電流對信號系統的干擾，保證鐵路運行安全。

參考文獻

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