论文部分内容阅读
摘要：本文从电气化铁路牵引供电系统的电磁干扰类型入手，对造成电磁干扰的主要原因进行了分析，并结合施工实际，提出了防止或降低干扰所应采取的施工措施。
关键词：牵引供电系统；电磁干扰；施工工艺
1 引言
高速电气化铁路系统庞大，各种装置设备、精密仪器共存，互相之间有着各种各样的牵连和影响。作为弱电系统的信号系统，在电气化铁路系统中处于从属地位，更易受到外来的干扰。除了自然界的雷电等自然侵扰外，更多的干扰来自电气化铁路的牵引供电系统的电磁干扰。铁路信号设备事关铁路运输安全、事关人民群众的人身财产的安全，那么，研究牵引供电系统对铁路信号系统的干扰则具有深刻的现实意义。
2 高速电气化铁路牵引供电系统的电磁干扰及其影响
2.1 铁路信号电磁干扰
我国高速电气化铁路额的牵引供电系统中存在各种供电方式（AT自耦变压器、BT吸流变压器、直供和同轴电力电缆等），这也决定了其产生有各种干扰信号，主要有传导性干扰、静电感应干扰及电磁干扰等。相对来说，静电感应的强度和影响微不足道。而电磁干扰则会造成大的破坏。电磁干扰是是能够使设备或系统性能降级的电磁现象，主要分为传导性干扰和辐射干扰，这两种干扰的区别在于干扰的耦合方式。电气化铁路牵引供电系统产生的电磁干扰，主要也是通过传导和辐射两种方式侵入到铁路的信号设备中，从而造成干扰，进而造成经济损失甚或人身安全问题。
2.2 牵引回流对信号设备的影响
在信号系统中，信号设备通过扼流变压器接到钢轨上。理想状况时，两钢轨牵引电流经扼流变压器上下部线圈→变压器中心抽头→第二个扼流变压器上下部线圈→流回钢轨。扼流变压器上下部线圈匝数相等，其产生等量大小的相反的磁通量，因此总磁通量为零，产生的感应电动势也为零，这时牵引电流对铁路信号系统设备和装置并不会产生影响。但在实际中并不存在理想的情况，两个线圈产生的磁通量无法抵消，由此产生由牵引不平衡电流所引起的干扰电压。据统计，牵引电流不平衡是轨道电路元器件烧损和故障的主要原因。
直供方式与AT供电方式是我国主要采用的带回流线的供电方式。AT牵引网中存在三条基本的回路：接触网——大地回路、正馈线——大地回路、钢轨——大地回路，钢轨电流应该限制在两个AT变压器之间，以利于降低轨电位，达到保护的目的；带回流线的直供方式包括两个基本电流回路：接触网——大地回路和轨道——回流线回路，在靠近牵引供电所和列车两侧，牵引回流较大，越远离则牵引回流越小。无论哪种供电方式，地面钢轨——大地都是牵引回流的必经之路，这对于防御干扰有重要的指导意义。
2.3 牵引电磁干扰的影响
因牵引供电系统的影响，铁路信号电缆芯线会产生感应电动势，导致信号质量下降，甚至严重的电磁影响会造成信号电缆绝缘层被击穿，威胁铁路运输的安全。而屏蔽则是电磁兼容控制的主要手段。要想发挥作用，屏蔽电缆的屏蔽层必须接地，其接地方式主要为单端接地和双端接地。
采用单端接地时，过电压波沿线芯流动时，电缆铝外套或金属屏蔽层不接地端会出现较高冲击电压。系统短路时，电缆铝外套或金属屏蔽层不接地端也会产生较高的工频感应电压，，可能会导致多点接地而形成环流；采用双端接地时的问题主要有两个：导致较大地电位差，破坏信号传输，烧损屏蔽层；屏蔽层流过电流时产生干扰信号，造成传输误差。
总得来说，作为传输模拟信号回路的控制电缆和屏蔽层作为信号返回回路的同轴电缆，其屏蔽层宜采用集中一点接地方式，不得两点接地；控制电缆屏蔽层除特殊情况需要一点接地外，其余宜采用两点接地。选两点接地时，应考虑在暂态电流作用下电缆屏蔽层不致被烧熔；当电缆屏蔽层采用一点接地时，其接地点应根据信号源和接收端是否接地来确定；另外，35kV及以下电压等级的电缆都采用两端接地方式，这是因为这些电缆大多数是三芯电缆，在正常运行中，流过三个线芯的电流总和为零，在铝包或金属屏蔽层外基本上没有磁链，这样，在铝外套或金属屏蔽层两端就基本上没有感应电压，所以两端接地后不会有感应电流流过铝外套或金属屏蔽层。
3 抑制干扰信号的施工工艺
3.1 设备选择原则
首先在供电方式上尽量选择BT/AT/同轴电力电缆方式，以有效降低接触网感应电流的影响；其次在牵引变电所中可安装并联电容补偿装置，以降低谐波干扰，改善功率因数；第三，在机车上安装并联补偿电容和滤波装置。
在设计阶段，尽量选择抗干扰性好的设备型号。例如对于扼流变压器的选型，采用新型的BES型扼流适配变压器，其能贵50Hz干扰呈现串联谐振，使绝大部分干扰消耗在抗干扰线圈，而且对25Hz信号产生并联谐振，通过调整与轨道电路阻抗匹配，使25Hz相敏的相位差达到90°，大大提高信号干扰比，实现信号的最佳传输。
3.2 施工措施
在现场施工和维护中，要想有效的减少干扰的影响，宜采用如下措施：
（1）线缆屏蔽网宜采用悬浮方案；（2）加强钢轨连接线及箱合引接线和各种类型电缆施工工艺，以减轻干扰；（3）确保牵引电流纵向不平衡系统不大于5%，通过交流牵引电流的钢轨端接续线宜采用焊接式多股铜线（截面不小于50mm²）；（4）计算机网络系统各终端之间通过光缆连接，以提高系统抗干扰性，保证稳定高效运行；（5）维修中必须保证钢轨接续线完好，紧固扼流箱中点连接线及其连接端子，使其接触良好；（6）地线不能直接与钢轨相连，以尽量减少轨道电路的横向不平衡，降低对轨道电路的干扰；（7）相敏轨道电路接收端串联电阻，确保一送多受区段电压平衡，保证室内轨道继电器端电压不超标，防止干扰破坏；（8）贯通地线不能以电缆连接替代，否则可对电缆造成损坏、腐蚀或烧毁；（9）交流电气化铁路区段的信号设备外缘距接触网带电部分距离小于5米时要接地；（10）先对接触网正常状态下和短路状态下的危险影响进行计算，对超标的信号电缆采用铝护套电缆或其他防护措施；信号干线电缆的金属护套两端应接地，多根电缆时，其护套间进行屏蔽连接；电气化牵引区段信号干线电缆应采用铁路数字铝护套信号电缆；（11）室内布线线槽内低压供电线路与信号传输线路应分开布置，不能混合。室内低压动力供电缆线禁止与信号缆线同线槽或走线架敷设；（12）从电力变压器至信号楼的电源引入线应采用电缆，电缆埋地长度不应少于15m，并在室外与室内的交接界面/引入口处做等电位连接；（13）在微机室进行综合地网施工时，要严格按铜排地间隔规定施工，各铜排构成的方格交叉点处用螺丝紧固联接，同时点焊锡进行焊接，并与防静电地板的金属支撑及析梁应相连接；（14）信号楼计算机机房、微机室应按屏蔽间设计和装修；（15）充分利用信号微机监测系统的功能，在微机监测系统中增加干扰信号指标测试。
参考文献
[1]齐亚娜.新建电气化铁路对既有铁路信号系统干扰影响的分析研究[J].铁道标准设计,2011(07)
[2]张志安.铁路10KV配电所电磁干扰及对策问题的研究[J].科技资讯,2008(12)
[3]蔡玉涛.铁路变电所综合自动化系统抗电磁干扰的措施[J].科学咨询(决策管理),2008(09)
[4]周秀荣.电气化铁路对通信线路的干扰影响及防护措施[J].中国铁路,2007(06)
关键词：牵引供电系统；电磁干扰；施工工艺
1 引言
高速电气化铁路系统庞大，各种装置设备、精密仪器共存，互相之间有着各种各样的牵连和影响。作为弱电系统的信号系统，在电气化铁路系统中处于从属地位，更易受到外来的干扰。除了自然界的雷电等自然侵扰外，更多的干扰来自电气化铁路的牵引供电系统的电磁干扰。铁路信号设备事关铁路运输安全、事关人民群众的人身财产的安全，那么，研究牵引供电系统对铁路信号系统的干扰则具有深刻的现实意义。
2 高速电气化铁路牵引供电系统的电磁干扰及其影响
2.1 铁路信号电磁干扰
我国高速电气化铁路额的牵引供电系统中存在各种供电方式（AT自耦变压器、BT吸流变压器、直供和同轴电力电缆等），这也决定了其产生有各种干扰信号，主要有传导性干扰、静电感应干扰及电磁干扰等。相对来说，静电感应的强度和影响微不足道。而电磁干扰则会造成大的破坏。电磁干扰是是能够使设备或系统性能降级的电磁现象，主要分为传导性干扰和辐射干扰，这两种干扰的区别在于干扰的耦合方式。电气化铁路牵引供电系统产生的电磁干扰，主要也是通过传导和辐射两种方式侵入到铁路的信号设备中，从而造成干扰，进而造成经济损失甚或人身安全问题。
2.2 牵引回流对信号设备的影响
在信号系统中，信号设备通过扼流变压器接到钢轨上。理想状况时，两钢轨牵引电流经扼流变压器上下部线圈→变压器中心抽头→第二个扼流变压器上下部线圈→流回钢轨。扼流变压器上下部线圈匝数相等，其产生等量大小的相反的磁通量，因此总磁通量为零，产生的感应电动势也为零，这时牵引电流对铁路信号系统设备和装置并不会产生影响。但在实际中并不存在理想的情况，两个线圈产生的磁通量无法抵消，由此产生由牵引不平衡电流所引起的干扰电压。据统计，牵引电流不平衡是轨道电路元器件烧损和故障的主要原因。
直供方式与AT供电方式是我国主要采用的带回流线的供电方式。AT牵引网中存在三条基本的回路：接触网——大地回路、正馈线——大地回路、钢轨——大地回路，钢轨电流应该限制在两个AT变压器之间，以利于降低轨电位，达到保护的目的；带回流线的直供方式包括两个基本电流回路：接触网——大地回路和轨道——回流线回路，在靠近牵引供电所和列车两侧，牵引回流较大，越远离则牵引回流越小。无论哪种供电方式，地面钢轨——大地都是牵引回流的必经之路，这对于防御干扰有重要的指导意义。
2.3 牵引电磁干扰的影响
因牵引供电系统的影响，铁路信号电缆芯线会产生感应电动势，导致信号质量下降，甚至严重的电磁影响会造成信号电缆绝缘层被击穿，威胁铁路运输的安全。而屏蔽则是电磁兼容控制的主要手段。要想发挥作用，屏蔽电缆的屏蔽层必须接地，其接地方式主要为单端接地和双端接地。
采用单端接地时，过电压波沿线芯流动时，电缆铝外套或金属屏蔽层不接地端会出现较高冲击电压。系统短路时，电缆铝外套或金属屏蔽层不接地端也会产生较高的工频感应电压，，可能会导致多点接地而形成环流；采用双端接地时的问题主要有两个：导致较大地电位差，破坏信号传输，烧损屏蔽层；屏蔽层流过电流时产生干扰信号，造成传输误差。
总得来说，作为传输模拟信号回路的控制电缆和屏蔽层作为信号返回回路的同轴电缆，其屏蔽层宜采用集中一点接地方式，不得两点接地；控制电缆屏蔽层除特殊情况需要一点接地外，其余宜采用两点接地。选两点接地时，应考虑在暂态电流作用下电缆屏蔽层不致被烧熔；当电缆屏蔽层采用一点接地时，其接地点应根据信号源和接收端是否接地来确定；另外，35kV及以下电压等级的电缆都采用两端接地方式，这是因为这些电缆大多数是三芯电缆，在正常运行中，流过三个线芯的电流总和为零，在铝包或金属屏蔽层外基本上没有磁链，这样，在铝外套或金属屏蔽层两端就基本上没有感应电压，所以两端接地后不会有感应电流流过铝外套或金属屏蔽层。
3 抑制干扰信号的施工工艺
3.1 设备选择原则
首先在供电方式上尽量选择BT/AT/同轴电力电缆方式，以有效降低接触网感应电流的影响；其次在牵引变电所中可安装并联电容补偿装置，以降低谐波干扰，改善功率因数；第三，在机车上安装并联补偿电容和滤波装置。
在设计阶段，尽量选择抗干扰性好的设备型号。例如对于扼流变压器的选型，采用新型的BES型扼流适配变压器，其能贵50Hz干扰呈现串联谐振，使绝大部分干扰消耗在抗干扰线圈，而且对25Hz信号产生并联谐振，通过调整与轨道电路阻抗匹配，使25Hz相敏的相位差达到90°，大大提高信号干扰比，实现信号的最佳传输。
3.2 施工措施
在现场施工和维护中，要想有效的减少干扰的影响，宜采用如下措施：
（1）线缆屏蔽网宜采用悬浮方案；（2）加强钢轨连接线及箱合引接线和各种类型电缆施工工艺，以减轻干扰；（3）确保牵引电流纵向不平衡系统不大于5%，通过交流牵引电流的钢轨端接续线宜采用焊接式多股铜线（截面不小于50mm²）；（4）计算机网络系统各终端之间通过光缆连接，以提高系统抗干扰性，保证稳定高效运行；（5）维修中必须保证钢轨接续线完好，紧固扼流箱中点连接线及其连接端子，使其接触良好；（6）地线不能直接与钢轨相连，以尽量减少轨道电路的横向不平衡，降低对轨道电路的干扰；（7）相敏轨道电路接收端串联电阻，确保一送多受区段电压平衡，保证室内轨道继电器端电压不超标，防止干扰破坏；（8）贯通地线不能以电缆连接替代，否则可对电缆造成损坏、腐蚀或烧毁；（9）交流电气化铁路区段的信号设备外缘距接触网带电部分距离小于5米时要接地；（10）先对接触网正常状态下和短路状态下的危险影响进行计算，对超标的信号电缆采用铝护套电缆或其他防护措施；信号干线电缆的金属护套两端应接地，多根电缆时，其护套间进行屏蔽连接；电气化牵引区段信号干线电缆应采用铁路数字铝护套信号电缆；（11）室内布线线槽内低压供电线路与信号传输线路应分开布置，不能混合。室内低压动力供电缆线禁止与信号缆线同线槽或走线架敷设；（12）从电力变压器至信号楼的电源引入线应采用电缆，电缆埋地长度不应少于15m，并在室外与室内的交接界面/引入口处做等电位连接；（13）在微机室进行综合地网施工时，要严格按铜排地间隔规定施工，各铜排构成的方格交叉点处用螺丝紧固联接，同时点焊锡进行焊接，并与防静电地板的金属支撑及析梁应相连接；（14）信号楼计算机机房、微机室应按屏蔽间设计和装修；（15）充分利用信号微机监测系统的功能，在微机监测系统中增加干扰信号指标测试。
参考文献
[1]齐亚娜.新建电气化铁路对既有铁路信号系统干扰影响的分析研究[J].铁道标准设计,2011(07)
[2]张志安.铁路10KV配电所电磁干扰及对策问题的研究[J].科技资讯,2008(12)
[3]蔡玉涛.铁路变电所综合自动化系统抗电磁干扰的措施[J].科学咨询(决策管理),2008(09)
[4]周秀荣.电气化铁路对通信线路的干扰影响及防护措施[J].中国铁路,2007(06)