第9章 交流電氣化鐵道對通信線路的影響及防護措施

1、第9章 交流電氣化鐵道對通信線路的影響及防護措施9-1 交流電氣化鐵道對通信線路的干擾概述9-2 危險電壓影響9-3 雜音干擾影響9-4 防護交流牽引網對通信線路干擾的措施第第9章章 交流電氣化鐵道對通信線路的交流電氣化鐵道對通信線路的影響及防護措施影響及防護措施9-1 交流電氣化鐵道對通信線的干擾概述9-1 交流電氣化鐵道對通信線的干擾概述交流電氣化鐵道對通信線的干擾概述9-1-1 牽引網對通信線路產生影響的原因9-1-2 牽引網對通信線路產生影響的分類9-1-1 牽引網對通信線路產生影響的原因 9-1-1 牽引網對通信線路產生影響的原因牽引網對通信線路產生影響的原因 單相工頻交流制的牽引網

2、是一種不對稱供電方式，作為送電導線的是架空接觸線，而擔任回流導線的則是鋼軌和大地。因為接觸線和鋼軌及大地的距離都較遠，所以電力機車牽引電流在基中形成的電磁場無法平衡，將對鄰近的通信線路和其他弱電線路產生較為嚴重的影響，可以破壞這些線路的正常工作，甚至危及設備及人身安全。9-1-2 牽引網對通信線路產生影響的分類 9-1-2 牽引網對通信線路產生影響的分類牽引網對通信線路產生影響的分類 1、按產生的根源 可分為三種：靜電感應影響、電磁感應影響、傳導電流影響。 前兩種分別由牽引網的電壓和電流所引起；而后一種影響是由于牽引電流流過鋼軌-大地時，使大地的不同點出現不同的電位所引起，所以，傳導電流影響僅

3、限于對采用“導線-地”傳輸形式的弱電線路。 2、按性質 可分為兩種：危險電壓影響、雜音干擾影響。 前者指牽引網對鄰近通信線路的感應影響；嚴重到足以危及設備絕緣或接觸這些被感應線路和設備的人員的人身安全；后者指這種影響破壞了通信線路的正常工作，例如使電話線路中出現干擾雜音、降低通信質量等。 因此，研究電氣化鐵道對通信線路的影響和防護措施非常重要。9-2 危險電壓影響 單相工頻交流牽引網對通訊線路造成的危險電壓影響，包括靜電感應影響和電磁感應影響兩種。9-2 危險電壓影響危險電壓影響9-2 危險電壓影響9-2-1 靜電感應影響9-2-2 電磁感應影響9-2-3 危險電壓9-2 危險電壓影響危險電壓

4、影響9-2-1 靜電感應影響 9-2-1 靜電感應影響靜電感應影響 當架空接觸網對地有交變電壓時，將會在周圍空間建立起電場，從而使這個空間的各點具有一定電位，位于這個電場中的中性導體就會出現帶電現象。當忽略通信線本身原有電荷和它的感應束縛電荷的影響時，可認為位于此電場中某處的導線將具有當它不存在時該處所具有的電位。 靜電感應計算示意圖如圖9-1所示。9-2-1 靜電感應影響 位于接觸網附近的通信線中的感應電壓計算式為： VUcbabcKUcA222(9-1) 由式9-1可知，靜電感應電壓主要是與接觸網與通信線間距離及接觸網電壓有關，而與接觸網中有無電流無關。而且UA也是工頻交流電壓，與Uc同

5、相 位 。 當 a 值 增 大 時 ， 靜 電 感 應 電 壓 將 迅 速 衰 減 。 當b=6m,c=5m,Uc=25kV,取K=0.4，可有a與Uc的關系如表9-1所示。9-2-2 電磁感應影響 9-2-2 電磁感應影響電磁感應影響 1、影響電磁感應的因素 一般的架空三相電力線路，其電磁場基本平衡，所以電磁感應影響很小，除兩線一地制外，均不予考慮。 單相工頻交流牽引網的構成，由于等值地回流深度Dg很大，接觸網電流產生的磁場不能被抵消，所以對鄰近的通信線路就產生了電磁感應影響。當通信線路與接觸網相距較近，平行長度又較長時，在通信線中感應的電勢會達到危險的程度。 電磁感應電勢的大小主要取決于牽

6、引電流和兩線路的平行接近長度。 對于與牽引網相鄰的通信纜，在防護磁場的感應影響上，將受到三種屏蔽的作用，即：鋼軌、外皮、相鄰的電纜芯線的屏蔽作用。9-2-2 電磁感應影響 2、通信線中的電磁感應電勢 可用下式計算：根的電纜電纜芯為14795. 090. 01coooorcrrLjRRZZ(9-3) 式中：corpcccLMIE(9-2)9-2-3 危險電壓 9-2-3 危險電壓危險電壓 對靜電感應影響和電磁影響會因具體情況不同而體現各有側重。一般情況下，對架空通信線路的靜電感應和電磁感應影響都應同時考慮，這時在通信線中引起的總感應電勢應為兩者的相量和。即：2221AAEEE(9-4) 危險電壓

7、當通信線中產生的感應電勢超過一定限度而危及設備和和身安全時，稱之危險電壓。 為確保設備安全和維護、操作人員的人身安全，規(guī)定了通信線受影響的允許標準。通信線的危險電壓允許標準，主要取決于危險電壓可能產生的通過人體的電流、電壓及其作用時間。危險電壓作用的時間越短，對人身安全就越有保證。人體阻抗與外加電壓和皮膚干燥程度有關，如表9-2所示。9-2-3 危險電壓地回路導線導線回路導線26 .0226 .0gSgSUUUU(9-5) 危險電壓的允許標準可歸納為以下三條： 1）在接觸網正常工作狀態(tài)下，通信線路中感應的縱電動勢不得超過60V。 2）在接觸網短路故障狀態(tài)下，在架空明線通信線中感應電勢不得超過4

8、30V；而電纜芯線中感應電勢不得超過電纜絕緣試驗電壓的60%；對采用遠距離直流供電的電纜通信線路，在其電纜芯線上的感應電勢不應超過下列允許值： 3）當人體同時遭受靜電感應影響的通信線與地時，通過人體的靜電感應電流不得超過15mA。9-3 雜音干擾影響9-3 雜音干擾影響雜音干擾影響9-2 雜音干擾影響 1、雜音干擾綜述 我國電氣化鐵道目前使用的交流電力機車，大都采用硅整流的直流牽引電動機傳動方式。近年來，隨著大功率晶閘管技術的發(fā)展，某些國家已大量采用晶閘管整流裝置代替調壓開關、水銀整流管和硅整流器實現無級調壓，大大改善了機車性能。所有這些都將導致接觸網電流中含有大量高次諧波分量，從而對通信線路

9、音頻話路造成嚴重雜音干擾。因電力機車采用的是全波整流，所以其電流波形中僅含有奇數次諧波，如表9-3所示。9-2 雜音干擾影響 2、不同頻率諧波對人耳的影響 頻率不同的各次諧波，對人耳產生的聽覺音響效果不一樣。各次諧波電流的影響程度與800Hz電流的影響程度之比值稱為該次諧波的音響作用系數Pk，用實驗方法測出的不同頻率的諧波電流對800Hz電流的音響作用系數如表9-4所示。9-2 雜音干擾影響9-2 雜音干擾影響 3、800Hz等效干擾電流 計算交流電氣化鐵道對通信線路的雜音干擾影響，通常用按等效800Hz等效干擾電流計算雜音電壓的近似方法。 800Hz等效干擾電流如果接觸網中流過的某一電流值，

10、它在鄰近的通信線路中所引起的雜音電壓，與接觸網中實際存在的全部諧波電流在鄰近的通信線路中所引起的雜音電壓相等，則該800Hz的電流稱為800Hz等效干擾電流。其計算式為：271322kkkcJePKKKII(9-6) 式9-6中各量的值分別如表9-48所示。9-2 雜音干擾影響9-2 雜音干擾影響9-2 雜音干擾影響9-2 雜音干擾影響 4、交流牽引網對通信雜音干擾電壓據通信線長度不同計算 （1）當通信線路長度La小于供電臂長度L時，雜音電壓為：mVLIMUeocereeem7102(9-7) 式9-7中各量的值分別如表9-910所示。9-2 雜音干擾影響 （2）當通信線路長度La超過供電臂長

11、度L時，雜音電壓為：mVLshLshLshIMUaeeeceeocereeem21027(9-8) 式9-8中各量的值如表9-11所示。9-4 防護交流牽引網對通信線路干擾的措施9-4 防護交流牽引網對通信線路干擾的措施防護交流牽引網對通信線路干擾的措施 對通信線路的防護可以從產生影響的牽引供電系統(tǒng)和被影響的通信線路兩方面加以考慮。 從通信線路方面考慮：1）將架空通信明線改為高屏蔽通信電纜或光纜通信線路；2）將架空通信明線拆遷到交流電氣化鐵道影響范圍以外；3）在通信線路中加裝中和變壓器、低頻絕緣變壓器、幻通諧振變壓器、屏蔽變壓器、橫向接地變壓器、陶瓷放電管、雜音抑制器等；4）在通信器械設備方面

12、，采用增音站、諧振短路器、諧振分路器、雜音補償器、音響沖擊限制器、抗干擾人工電報機等。 從電氣化鐵道方面考慮：1）采用DN供電方式；2）采用BT供電方式；3）采用AT供電方式；4）采用CC供電方式；5）限制供電臂的長度；6）合理選用電力機車類型。9-4 防護交流牽引網對通信線路干擾的措施9-4 防護交流牽引網對通信線路干擾的措防護交流牽引網對通信線路干擾的措施施9-4-1 帶架空回流線的直接供電方式9-4-2 吸流變壓器供電方式9-4-3 自耦變壓器供電方式9-4-4 同軸電纜供電方式9-4-1 帶架空回流線的直接供電方式 9-4-1 帶架空回流線的直接供電方式帶架空回流線的直接供電方式 直接

13、供電方式供電回路的構成最簡單，工程投資、運營成本和維修工作量都少；但對鄰近通信線路的干擾影響嚴重，鋼軌電位比其他供電方式要高。 為了保留直接供電方式的優(yōu)點，克服其缺點，在其結構上增設與軌道并聯的架空回流線，就成了帶回流線的直接供電方式，簡稱DN供電方式，如圖9-3所示。 它與直接供電方式相比，有以下改善： 1）原來流經軌道、大地的回流，一部分改由架空回流線流回牽引變電所，其方向與接觸網中饋電電流方向相反，架空回流線與接觸網距離較近，因此相當于對鄰近通信線路增加了屏蔽效果。 2）牽引網阻抗和軌道電位都有所降低。9-4-1 帶架空回流線的直接供電方式9-4-2 吸流變壓器供電方式 9-4-2 吸流

14、變壓器供電方式吸流變壓器供電方式 1、工作原理 吸流變壓器回流線裝置就是以加強接觸網和回流線間互感耦合的辦法來達到比較對稱供電的目的。 吸流變壓器供電方式在牽引網中，每相距1.54km，設置一臺變比為1：1的電力變壓器。它的一次繞組串接在接觸導線上，其二次繞組則串接在特設的回流線或鋼軌上。通常有吸流變壓器-回流線方式和無回流線方式兩種方式。如圖9-4所示。9-4-2 吸流變壓器供電方式 吸-回方式的工作原理如圖9-5所示。9-4-2 吸流變壓器供電方式 2、BT供電方式的剩余感應影響 1）由BT的激磁電流引起的感應影響； 2）接觸導線和回流線對通信線路的相對位置不同而產生的環(huán)路影響； 3）鋼軌

15、內感應電流對通信線產生的二次感應影響； 3、影響吸-回裝置對通信線的防護效果的主要因素 1）運行中的機車位置 當電力機車位于供電臂吸上線處時，吸-回裝置具有最佳的防護效果，此時牽引網對通信線的電磁感應影響只有“長回路”影響。 當電力機車運行于吸流分段中其余位置時，從機車到鄰近吸上線之間的長度內，牽引網仍然是以接觸網-軌道大地或軌道大地-回流線不對稱回路向電力機車供電，這種因電力機車運行位置變化致使局部供電回路仍按不對稱方式工作所產生的電磁感應影響，稱為“半段效應”。 如圖9-6和9-7所示。9-4-2 吸流變壓器供電方式9-4-2 吸流變壓器供電方式 2）通信線與接觸網平行接近距離對裝置防護效

16、果的影響 當通信線與接觸網的平行接近距離較大時，吸-回裝置的“長回路”屏蔽系數是十分理想的。但當通信線與接觸網的平行接近距離較小時，接觸網-回流線的環(huán)路影響顯著增加，導致“長回路”屏蔽系數的迅速惡化。單線電氣化鐵道吸-回裝置“長回路”屏蔽系統(tǒng)與平行接近距離的關系曲線如圖9-8所示。 3）吸-回裝置中個別吸流變壓器故障解列時對裝置防護效果的影響 在整個供電臂范圍內，一般有十余臺吸流變壓器組成一套吸-回裝置。運行中吸流變壓器故障解列的情況是可能發(fā)生的。正確地估計在這種不正常運行條件下的防護作用并在設計裝置時適當加以考慮，對保證通信設備和維護人員的安全是必需的。由于吸流變壓器解列是一種不正常運行方式

17、，這時的危險電壓允許標準與正常方式時有所不同，允許將標準由60V提高到150V。 4）牽引網短路 當牽引網發(fā)生短路時，鐵心嚴重飽和，導致副邊繞組吸流不足，使吸-回裝置的防護效果降低。9-4-2 吸流變壓器供電方式9-4-2 吸流變壓器供電方式 4、吸-回裝置對牽引供電系統(tǒng)的不利影響 1）牽引網阻抗增大； 2）牽引網電壓損失增大； 3）牽引網電能損失增大； 4）對接觸網運行產生不利影響。 5、吸流變壓器的分布和主結線 目前吸流變壓器大都是1.54km安裝一臺，吸流變壓器的分布，首先應結合接觸網錨段分布情況，一般吸流變壓器設置在錨段關節(jié)處，并將該錨段關節(jié)改為4跨電分段。吸流變壓器一般不得設在隧道內

18、、大橋上、或容易遭到塌方落石等危害的地方。 吸-回裝置的主結線如圖9-11所示。 吸流變壓器臺的結構一般為桿上式，如圖9-12所示。9-4-2 吸流變壓器供電方式9-4-2 吸流變壓器供電方式 6、吸-回裝置的防護效果 為了檢驗吸-回裝置對通信線路的防護效果，曾進行過多次現場試驗，試驗結果如表9-13及9-14所示。9-4-2 吸流變壓器供電方式9-4-2 吸流變壓器供電方式9-4-3 自耦變壓器供電方式 9-4-3 自耦變壓器供電方式自耦變壓器供電方式 1、AT供電方式的原理結線 如圖9-13所示。9-4-3 自耦變壓器供電方式 為了盡可能減少對通信線路產生的電磁干擾，正饋線與接觸導線架設在

19、同一支柱上。其接線如圖9-14所示。9-4-3 自耦變壓器供電方式 2、AT供電方式對通信線路的防護原理 交流牽引網對通信線的感應影響，主要與牽引電流在回路的分布情況有關。如圖9-15所示。9-4-3 自耦變壓器供電方式 實際上由于AT漏抗很小，使電力機車在AT區(qū)間以外的AT向電力機車供給的電流為0，可得出理想情況下的電流分布情況表示，如圖9-16所示。9-4-3 自耦變壓器供電方式 3、AT供電方式的特點 與吸-回裝置相比較，AT供電方式具有以下特點： 1）AT供電方式中自耦變壓器是并聯連接在接觸懸掛和正饋線之間的，提高了供電可靠性； 2）AT供電方式的饋電電壓高，所以供電能力大，電壓下降率

20、??； 3）AT供電方式能有效地減弱對通信線的感應影響。 4、采用AT供電方式的牽引供電系統(tǒng)所用的牽引變壓器 AT供電方式的牽引變電所，按牽引變電所的結線型式可分為三相-兩相結線、三相十字交叉結線等。 三相-兩相結線通常采用斯科特結線方式和YN，阻抗匹配平衡結線；而三相十字交叉結線通常采用三相雙繞組十字交叉結線和三相三繞組YN，d11，d11十字交叉結線。9-4-3 自耦變壓器供電方式 5、AT牽引網9-4-3 自耦變壓器供電方式 （1）AT供電方式牽引網的構成 如圖9-21所示。AT供電回路的絕緣保護圖如圖9-22所示。9-4-3 自耦變壓器供電方式 （2）AT開閉所 如圖9-21所示。AT供電回路的絕緣保護圖如圖9-22所示。 AT牽引網供電臂一般較長，可達4050km。為了減小牽引網故障時的停電范圍，常在供電臂中間設置開閉所，實行保護分段。此外，在重要的區(qū)段站、編組站或電力機務段所在站也可設置開閉所進行分段。 （3）AT分區(qū)所 復線區(qū)段分區(qū)的