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淺議鐵路電氣化對(duì)通信線路和設(shè)備的影響與防護(hù)

文檔作者：馮博梁海軍文檔來源：石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院中鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年12月13日
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第10卷第4期
201l牟12月
石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) VOL．1 0 No．4
JOURNALOF SHIJIAZHUANG INSTITUTEOFRAILWAYTECHNOLOGY De ．
淺議鐵路電氣化對(duì)通信線路和
設(shè)備的影響與防護(hù)
馮博” 梁海軍
(石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院” 河北石家莊050041 中鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司” 河北石家莊050022)
摘要：電氣化鐵路在鐵路運(yùn)輸安全中處于重要的地位。從電氣化牽弓l供電對(duì)通信線路、信號(hào)設(shè)
備影響的原因入手，著重介紹電氣化鐵路對(duì)通信、信號(hào)系統(tǒng)干擾的種類，并結(jié)合實(shí)際和目前現(xiàn)狀討
論對(duì)通信干擾所采取防護(hù)措施。
關(guān)鍵詞：電氣化鐵路 通信線路 信號(hào)設(shè)備 防護(hù)
中圖分類號(hào)：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673—1816(201 1)04—0053-04
1 引言
自1961年寶成線寶雞至鳳州段建成通車，至今，中國(guó)的電氣化鐵路已經(jīng)歷了整整5O年，實(shí)
現(xiàn)了從無到有、從常速到高速、從低噸位到重載的不斷跨越。到2020年，中國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程將達(dá)
到12萬公里以上，其中電氣化鐵路比重將達(dá)到60％。我國(guó)電氣化鐵路采用單相工頻交流制供電，
接觸網(wǎng)額定工作電壓為25 kV (最高為27．5
kV)，牽引電流可達(dá)到數(shù)百甚至上千安培。
電力牽引的供電回路采用接觸網(wǎng)一鋼軌(大
地)方式，屬于不平衡供電系統(tǒng)。正是由于
這種高壓電及不平衡供電回路會(huì)在其周圍空
間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)，對(duì)附近鐵路通信線路、
信號(hào)設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁危害和干擾。
2 電氣化對(duì)通信線路、信號(hào)設(shè)備影響的
原因及分類
電氣化鐵路牽引供電屬于強(qiáng)電系統(tǒng)，主要
由牽引供電所、接觸網(wǎng)、軌道回路、回流線以
及饋電線組成。其中，牽引電流所經(jīng)過的回路
6
1．區(qū)域變電所或發(fā)電廠2．高壓輸電線3-變電所
4．饋電線 5_接觸舟6-鋼軌7．回流線
8-分區(qū)亭9．電力機(jī)車10-開閉所
圖1 工頻單相交流供電系統(tǒng)示意圖
是：牽引變電所——饋電線——按觸網(wǎng)——機(jī)車——鋼軌——回流線——變電所。如圖l所示。這
種供電系統(tǒng)使得電力機(jī)車在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生富含豐富諧波的大電流，會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾。
具體表現(xiàn)在以下幾方面。
收稿日期：2011—10-12
作者簡(jiǎn)介：馮博(1981一)，男，漢，河北石家莊人，講師，碩士，研究方向通信與鐵路信號(hào)。
53
石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) 2011年第4期
2．1牽引網(wǎng)對(duì)通信線路的影響
(1)牽引網(wǎng)對(duì)通信線路的靜電感應(yīng)
牽引網(wǎng)與通信線路互相平行架設(shè)，由于兩線路與大地間存在靜電電容，當(dāng)牽引網(wǎng)上有25kV 電
壓時(shí)，便在通信線路中產(chǎn)生靜電感應(yīng)電壓。
(2)牽引網(wǎng)對(duì)通信線路的磁感應(yīng)
當(dāng)有牽引電流時(shí)，該電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在與牽引網(wǎng)平行接近的通信線路中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，由于牽
引網(wǎng)是一個(gè)不平衡的單相回路，其牽引網(wǎng)和鋼軌電流所產(chǎn)生的磁力線不能抵消，從而造成對(duì)通信線
路的磁影響。
(3)高次諧波電流對(duì)通信線路的影響
由于電力機(jī)車為非線性負(fù)載，在整流換相和運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量高次諧波電流，它們?cè)谕ㄐ?
設(shè)備的端子間產(chǎn)生諧波感應(yīng)電壓，即干擾電壓，它對(duì)電話機(jī)和人的耳朵直接產(chǎn)生影響。
(4)阻性耦合／地電位影響
牽引回流通過鋼軌與大地之間漏導(dǎo)入地，使附近的大地電位升高，在大地中雜散電流會(huì)對(duì)通信
電纜等產(chǎn)生影響。
2．2牽引網(wǎng)對(duì)信號(hào)設(shè)備的影響
從影響種類來說，可分為傳導(dǎo)、感應(yīng)、輻射三種形式，具體影響可分為以下五類：
(1)傳導(dǎo)性干擾
傳導(dǎo)性干擾即牽引電流不平衡干擾，它是電氣化鐵路對(duì)軌道電路干擾的主要原因。如圖2所示，
信號(hào)設(shè)備和牽引電流共用鋼軌這個(gè)通道，由于不平衡電流的存在，在扼流變壓器兩測(cè)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)
電動(dòng)勢(shì)，它的大小相當(dāng)于扼流變壓器一次側(cè)半個(gè)線圈中流有一個(gè)大小為兩個(gè)鋼軌電流差的電流在次
級(jí)線圈中的感應(yīng)值，這個(gè)差值能使扼流變壓器升壓，電壓升到一定程度就會(huì)使軌道繼電器誤動(dòng)。
圖2 牽引網(wǎng)對(duì)信號(hào)設(shè)備產(chǎn)生的干擾
(2)容性耦合
牽引網(wǎng)電壓為25 kV，當(dāng)強(qiáng)電線上有一對(duì)地電壓存在時(shí)，由于受擾設(shè)備(如通信線)與大地之
間有電壓，強(qiáng)電線與通信線之間就會(huì)有電容耦合，因此必然有電流自強(qiáng)電流分流入受擾設(shè)備，產(chǎn)生
靜電感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而形成容性耦合。
(3)感性耦合
54
第4期 馮博，等 淺議鐵路電氣化對(duì)通信線路和設(shè)備的影響與防護(hù)
牽引電流可達(dá)數(shù)百安培甚至上千安培，當(dāng)牽引網(wǎng)中有電流通過時(shí)，由于牽引網(wǎng)與受擾設(shè)備之間
有耦合電感(互感)， 因此，受擾設(shè)備中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)縱向電動(dòng)勢(shì)，從而形成感性耦合。
(4)輻射性影響
受電弓與接觸網(wǎng)接觸，當(dāng)受電弓升降弓、過分電段、開關(guān)其主斷電路以及駛過有硬點(diǎn)的接觸網(wǎng)
時(shí)，會(huì)使?fàn)恳W(wǎng)中產(chǎn)生大的沖擊電流。鋼軌是牽引電流的回線，脈沖電流瞬間沖擊使扼流變壓器飽
和，25 Hz信號(hào)在幾個(gè)周期內(nèi)被削弱，從而使軌道繼電器誤動(dòng)。
(5)其他干擾
當(dāng)機(jī)車發(fā)生受電弓支持絕緣閃絡(luò)、放電間隙擊穿等接地故障時(shí)，巨大的短路電流會(huì)瞬間使火花
間隙反擊穿，也會(huì)影響到信號(hào)設(shè)備。
3 通信線路影響采取的措施
由于電氣化鐵路的鋼軌屏蔽系數(shù)、接觸網(wǎng)等效牽引電流等值在鐵路設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)確定，是不可改
變的固定值，因此在電氣化鐵路實(shí)際工程中主要考慮如何改變電氣化鐵路與通信電纜實(shí)效屏蔽系數(shù)、
接地導(dǎo)體的屏蔽系數(shù)、電話回線雜音敏感系數(shù)、通信線與電氣化鐵道的接近長(zhǎng)度等其他參數(shù)，從而
保證通信線路的安全。具體如下：(1)架空的明線拆遷或改為電纜將鐵路架空通信電纜，改為高
屏蔽的電氣化鐵路專用通信電纜；(2)增設(shè)增音站；(3)加裝中和變壓器和低頻絕緣變壓器；(4)
加裝R．250型陶瓷放電管，如表1所示。適當(dāng)?shù)嘏渲肦一250型陶瓷放電管的位置和接地電阻，
就能降低牽引網(wǎng)短路時(shí)的危險(xiǎn)影響，從而使通信線路上任意一點(diǎn)的對(duì)地電壓不超過允許值；(5)
通信電纜及光電綜合線路其金屬護(hù)套設(shè)專用的屏蔽地線；(6)設(shè)置雜音擬制器；(7)防護(hù)措施包括
在牽引網(wǎng)中安裝吸——回裝置、采用AT供電方式、減少供電臂的長(zhǎng)度、設(shè)置架空回流線、復(fù)線區(qū)
段采用上下行牽引網(wǎng)異相供電、合理選擇機(jī)車類型等。
4 信號(hào)設(shè)備影響采取的措施
不同的信號(hào)設(shè)備對(duì)于同類電氣化干擾的反應(yīng)不同，因此，具體的信號(hào)設(shè)備所采取的措施各不相
同。如對(duì)軌道電路，主要考慮的是傳導(dǎo)性干擾，而對(duì)于傳輸電纜主要關(guān)注的是容性干擾、感性干擾。
下面就幾種具體信號(hào)設(shè)備所采用的措施進(jìn)行探討。
表1 R-250金屬陶瓷管放電特性
試驗(yàn)項(xiàng) 目 試驗(yàn)條件 試驗(yàn)結(jié)果
電壓或電流 時(shí)間 波形 測(cè)量單位 數(shù)值
點(diǎn)火電壓 直流 V 2l0 9O
絕緣電阻 3O A 3S 交流 MQ >2×106
極間電容 pF <1．8
起始弧光放電電流 直流 A <15A轉(zhuǎn)入放電過程
耐受工頻電流 3O A 3-2S 點(diǎn)火電壓不變
點(diǎn)火電壓恢復(fù)時(shí)間 30 A 3．2S 交流 mln 2min(完全恢復(fù))
電弧電壓 3 V 交流 管壓降 23V
28 V 管壓降9V
4．1對(duì)于25Hz軌道電路
25 Hz軌道電路主要是傳導(dǎo)性干擾，即牽引電流不平衡所引起的干擾。采取的措施是：
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石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) 2011年第4期
(1)增加扼流變壓器的氣隙，增加鐵芯的飽和電流強(qiáng)度；
(2)在扼流變壓器次級(jí)加繞抗干擾線圈，并加裝適配器；
(3)設(shè)計(jì)LC電路使其對(duì)25Hz產(chǎn)生并聯(lián)諧振、增強(qiáng)信號(hào)；
4．2對(duì)于ZPW-2000移頻軌道電路
(1)線圈選擇：采用空心線圈對(duì)于50Hz牽引電流阻抗特別小，相當(dāng)于斷路，從而起到了平衡
牽引電流的作用。
(2)載頻選擇：由于牽引電流不僅僅存在著50Hz基波，還有相應(yīng)的奇次諧波、偶次諧波。從
能量分布來看，奇次諧波所占的能量比較大，奇次諧波能量隨著頻率的增加而減小。因此，ZPW-2000
在選擇載頻上，選擇高的偶次諧波，從而避開牽引電流的影響。
(3)調(diào)制方式：ZPW-2000選擇角度調(diào)制，角度調(diào)制的抗干擾優(yōu)于幅度調(diào)制，傳輸過程中不易
受到干擾。
(4)頻偏選擇：由于選擇的頻偏較小，接收設(shè)備的帶通濾波器通帶窄、Q值高，且在帶通中僅
有一個(gè)偶次諧波干擾，在奇次頻率漂移時(shí)最多影響有兩個(gè)諧波分量 故牽引電流干擾量小。
4．3計(jì)算機(jī)連鎖，集中調(diào)度，列控中心等電子設(shè)備所采取的措施
對(duì)于微機(jī)房、機(jī)械室應(yīng)進(jìn)行屏蔽，其中包括微機(jī)房的天花板、各個(gè)墻面和門窗；所有的電子設(shè)
備在上道前都要進(jìn)行電磁兼容的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)才能上道。
5 結(jié)語
在鐵路這個(gè)大系統(tǒng)中，強(qiáng)電系統(tǒng)和弱電系統(tǒng)共存，為了鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩⒏咝?，作為?qiáng)電系統(tǒng)
的牽引供電與作為弱電系統(tǒng)的通信、信號(hào)系統(tǒng)均應(yīng)更加主動(dòng)的采取有效的防護(hù)措施，防止電氣化對(duì)
鐵路通信、信號(hào)設(shè)備進(jìn)行干擾，保證鐵路運(yùn)輸和諧、安全、高效、快速的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
【11安海君，李建清，吳?，摚?5Hz相敏軌道電路【M】，北京：中國(guó)鐵道出版社，2004
【2】繆耀珊，曹東白．鐵道設(shè)計(jì)手冊(cè)．牽引供電系統(tǒng)，北京：中國(guó)鐵道出版社，1988
【3】費(fèi)錫康．無絕緣軌道電路分析M ，北京：中國(guó)鐵道出版社，1993
[4】楊世武．鐵路信號(hào)抗干擾技術(shù)課件，2007
Analysis on Influences and Defenses of Line and Equipment of
Communication in Electrified Railways
FENG Bo LIANG Hai-jun2
(Shijiazhuang Institute ofRmlway Technology ’ Shijiazhuang Hebei 050041
China rmlway engineedng design institute Co．LTD Shijiazhuang Hebei 050022 China)
Abstract：Electrified railways play very important roles on railway transportation safety．This paper
analyzed the reasons of the influence of electrification traction power supply on communication an d signal
equipment an d laid its stress on introducing the kinds of interference on communication an d signal system
in electrified railways．Combining with the current status an d engineering related situation，the defense
measures against communication interference were discussed
Key words： Electrified railway Communication lines sign al equipment Defense
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