第9章 交流電氣化鐵道對(duì)通信線路的影響及防護(hù)措施

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

2、是一種不對(duì)稱供電方式，作為送電導(dǎo)線的是架空接觸線，而擔(dān)任回流導(dǎo)線的則是鋼軌和大地。因?yàn)榻佑|線和鋼軌及大地的距離都較遠(yuǎn)，所以電力機(jī)車牽引電流在基中形成的電磁場(chǎng)無(wú)法平衡，將對(duì)鄰近的通信線路和其他弱電線路產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響，可以破壞這些線路的正常工作，甚至危及設(shè)備及人身安全。9-1-2 牽引網(wǎng)對(duì)通信線路產(chǎn)生影響的分類 9-1-2 牽引網(wǎng)對(duì)通信線路產(chǎn)生影響的分類牽引網(wǎng)對(duì)通信線路產(chǎn)生影響的分類 1、按產(chǎn)生的根源 可分為三種：靜電感應(yīng)影響、電磁感應(yīng)影響、傳導(dǎo)電流影響。 前兩種分別由牽引網(wǎng)的電壓和電流所引起；而后一種影響是由于牽引電流流過(guò)鋼軌-大地時(shí)，使大地的不同點(diǎn)出現(xiàn)不同的電位所引起，所以，傳導(dǎo)電流影響僅

3、限于對(duì)采用“導(dǎo)線-地”傳輸形式的弱電線路。 2、按性質(zhì) 可分為兩種：危險(xiǎn)電壓影響、雜音干擾影響。 前者指牽引網(wǎng)對(duì)鄰近通信線路的感應(yīng)影響；嚴(yán)重到足以危及設(shè)備絕緣或接觸這些被感應(yīng)線路和設(shè)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(xiàn)干擾雜音、降低通信質(zhì)量等。 因此，研究電氣化鐵道對(duì)通信線路的影響和防護(hù)措施非常重要。9-2 危險(xiǎn)電壓影響 單相工頻交流牽引網(wǎng)對(duì)通訊線路造成的危險(xiǎn)電壓影響，包括靜電感應(yīng)影響和電磁感應(yīng)影響兩種。9-2 危險(xiǎn)電壓影響危險(xiǎn)電壓影響9-2 危險(xiǎn)電壓影響9-2-1 靜電感應(yīng)影響9-2-2 電磁感應(yīng)影響9-2-3 危險(xiǎn)電壓9-2 危險(xiǎn)電壓影響危險(xiǎn)電壓

4、影響9-2-1 靜電感應(yīng)影響 9-2-1 靜電感應(yīng)影響靜電感應(yīng)影響 當(dāng)架空接觸網(wǎng)對(duì)地有交變電壓時(shí)，將會(huì)在周圍空間建立起電場(chǎng)，從而使這個(gè)空間的各點(diǎn)具有一定電位，位于這個(gè)電場(chǎng)中的中性導(dǎo)體就會(huì)出現(xiàn)帶電現(xiàn)象。當(dāng)忽略通信線本身原有電荷和它的感應(yīng)束縛電荷的影響時(shí)，可認(rèn)為位于此電場(chǎng)中某處的導(dǎo)線將具有當(dāng)它不存在時(shí)該處所具有的電位。 靜電感應(yīng)計(jì)算示意圖如圖9-1所示。9-2-1 靜電感應(yīng)影響 位于接觸網(wǎng)附近的通信線中的感應(yīng)電壓計(jì)算式為： VUcbabcKUcA222(9-1) 由式9-1可知，靜電感應(yīng)電壓主要是與接觸網(wǎng)與通信線間距離及接觸網(wǎng)電壓有關(guān)，而與接觸網(wǎng)中有無(wú)電流無(wú)關(guān)。而且UA也是工頻交流電壓，與Uc同

5、相 位 。 當(dāng) a 值 增 大 時(shí) ， 靜 電 感 應(yīng) 電 壓 將 迅 速 衰 減 。 當(dāng)b=6m,c=5m,Uc=25kV,取K=0.4，可有a與Uc的關(guān)系如表9-1所示。9-2-2 電磁感應(yīng)影響 9-2-2 電磁感應(yīng)影響電磁感應(yīng)影響 1、影響電磁感應(yīng)的因素 一般的架空三相電力線路，其電磁場(chǎng)基本平衡，所以電磁感應(yīng)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(wǎng)的構(gòu)成，由于等值地回流深度Dg很大，接觸網(wǎng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)不能被抵消，所以對(duì)鄰近的通信線路就產(chǎn)生了電磁感應(yīng)影響。當(dāng)通信線路與接觸網(wǎng)相距較近，平行長(zhǎng)度又較長(zhǎng)時(shí)，在通信線中感應(yīng)的電勢(shì)會(huì)達(dá)到危險(xiǎn)的程度。 電磁感應(yīng)電勢(shì)的大小主要取決于牽

6、引電流和兩線路的平行接近長(zhǎng)度。 對(duì)于與牽引網(wǎng)相鄰的通信纜，在防護(hù)磁場(chǎng)的感應(yīng)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(yīng)影響 2、通信線中的電磁感應(yīng)電勢(shì) 可用下式計(jì)算：根的電纜電纜芯為14795. 090. 01coooorcrrLjRRZZ(9-3) 式中：corpcccLMIE(9-2)9-2-3 危險(xiǎn)電壓 9-2-3 危險(xiǎn)電壓危險(xiǎn)電壓 對(duì)靜電感應(yīng)影響和電磁影響會(huì)因具體情況不同而體現(xiàn)各有側(cè)重。一般情況下，對(duì)架空通信線路的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)影響都應(yīng)同時(shí)考慮，這時(shí)在通信線中引起的總感應(yīng)電勢(shì)應(yīng)為兩者的相量和。即：2221AAEEE(9-4) 危險(xiǎn)電壓

7、當(dāng)通信線中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)超過(guò)一定限度而危及設(shè)備和和身安全時(shí)，稱之危險(xiǎn)電壓。 為確保設(shè)備安全和維護(hù)、操作人員的人身安全，規(guī)定了通信線受影響的允許標(biāo)準(zhǔn)。通信線的危險(xiǎn)電壓允許標(biāo)準(zhǔn)，主要取決于危險(xiǎn)電壓可能產(chǎn)生的通過(guò)人體的電流、電壓及其作用時(shí)間。危險(xiǎn)電壓作用的時(shí)間越短，對(duì)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(guān)，如表9-2所示。9-2-3 危險(xiǎn)電壓地回路導(dǎo)線導(dǎo)線回路導(dǎo)線26 .0226 .0gSgSUUUU(9-5) 危險(xiǎn)電壓的允許標(biāo)準(zhǔn)可歸納為以下三條： 1）在接觸網(wǎng)正常工作狀態(tài)下，通信線路中感應(yīng)的縱電動(dòng)勢(shì)不得超過(guò)60V。 2）在接觸網(wǎng)短路故障狀態(tài)下，在架空明線通信線中感應(yīng)電勢(shì)不得超過(guò)4

8、30V；而電纜芯線中感應(yīng)電勢(shì)不得超過(guò)電纜絕緣試驗(yàn)電壓的60%；對(duì)采用遠(yuǎn)距離直流供電的電纜通信線路，在其電纜芯線上的感應(yīng)電勢(shì)不應(yīng)超過(guò)下列允許值： 3）當(dāng)人體同時(shí)遭受靜電感應(yīng)影響的通信線與地時(shí)，通過(guò)人體的靜電感應(yīng)電流不得超過(guò)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(guó)電氣化鐵道目前使用的交流電力機(jī)車，大都采用硅整流的直流牽引電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)方式。近年來(lái)，隨著大功率晶閘管技術(shù)的發(fā)展，某些國(guó)家已大量采用晶閘管整流裝置代替調(diào)壓開關(guān)、水銀整流管和硅整流器實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)壓，大大改善了機(jī)車性能。所有這些都將導(dǎo)致接觸網(wǎng)電流中含有大量高次諧波分量，從而對(duì)通信線路

9、音頻話路造成嚴(yán)重雜音干擾。因電力機(jī)車采用的是全波整流，所以其電流波形中僅含有奇數(shù)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(duì)人耳的影響 頻率不同的各次諧波，對(duì)人耳產(chǎn)生的聽覺(jué)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(shù)Pk，用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出的不同頻率的諧波電流對(duì)800Hz電流的音響作用系數(shù)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(jì)算交流電氣化鐵道對(duì)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(jì)算雜音電壓的近似方法。 800Hz等效干擾電流如果接觸網(wǎng)中流過(guò)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(wǎng)中實(shí)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(jì)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(wǎng)對(duì)通信雜音干擾電壓據(jù)通信線長(zhǎng)度不同計(jì)算 （1）當(dāng)通信線路長(zhǎng)度La小于供電臂長(zhǎng)度L時(shí)，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(dāng)通信線路長(zhǎng)度La超過(guò)供電臂長(zhǎng)

11、度L時(shí)，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(hù)交流牽引網(wǎng)對(duì)通信線路干擾的措施9-4 防護(hù)交流牽引網(wǎng)對(duì)通信線路干擾的措施防護(hù)交流牽引網(wǎng)對(duì)通信線路干擾的措施 對(duì)通信線路的防護(hù)可以從產(chǎn)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(shè)備方面

12、，采用增音站、諧振短路器、諧振分路器、雜音補(bǔ)償器、音響沖擊限制器、抗干擾人工電報(bào)機(jī)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(zhǎng)度；6）合理選用電力機(jī)車類型。9-4 防護(hù)交流牽引網(wǎng)對(duì)通信線路干擾的措施9-4 防護(hù)交流牽引網(wǎng)對(duì)通信線路干擾的措防護(hù)交流牽引網(wǎng)對(duì)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(gòu)成最簡(jiǎn)單，工程投資、運(yùn)營(yíng)成本和維修工作量都少；但對(duì)鄰近通信線路的干擾影響嚴(yán)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(diǎn)，克服其缺點(diǎn)，在其結(jié)構(gòu)上增設(shè)與軌道并聯(lián)的架空回流線，就成了帶回流線的直接供電方式，簡(jiǎn)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(lái)流經(jīng)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(wǎng)中饋電電流方向相反，架空回流線與接觸網(wǎng)距離較近，因此相當(dāng)于對(duì)鄰近通信線路增加了屏蔽效果。 2）牽引網(wǎng)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(qiáng)接觸網(wǎng)和回流線間互感耦合的辦法來(lái)達(dá)到比較對(duì)稱供電的目的。 吸流變壓器供電方式在牽引網(wǎng)中，每相距1.54km，設(shè)置一臺(tái)變比為1：1的電力變壓器。它的一次繞組串接在接觸導(dǎo)線上，其二次繞組則串接在特設(shè)的回流線或鋼軌上。通常有吸流變壓器-回流線方式和無(wú)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(yīng)影響 1）由BT的激磁電流引起的感應(yīng)影響； 2）接觸導(dǎo)線和回流線對(duì)通信線路的相對(duì)位置不同而產(chǎn)生的環(huán)路影響； 3）鋼軌

15、內(nèi)感應(yīng)電流對(duì)通信線產(chǎn)生的二次感應(yīng)影響； 3、影響吸-回裝置對(duì)通信線的防護(hù)效果的主要因素 1）運(yùn)行中的機(jī)車位置 當(dāng)電力機(jī)車位于供電臂吸上線處時(shí)，吸-回裝置具有最佳的防護(hù)效果，此時(shí)牽引網(wǎng)對(duì)通信線的電磁感應(yīng)影響只有“長(zhǎng)回路”影響。 當(dāng)電力機(jī)車運(yùn)行于吸流分段中其余位置時(shí)，從機(jī)車到鄰近吸上線之間的長(zhǎng)度內(nèi)，牽引網(wǎng)仍然是以接觸網(wǎng)-軌道大地或軌道大地-回流線不對(duì)稱回路向電力機(jī)車供電，這種因電力機(jī)車運(yùn)行位置變化致使局部供電回路仍按不對(duì)稱方式工作所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)影響，稱為“半段效應(yīng)”。 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(wǎng)平行接近距離對(duì)裝置防護(hù)效

16、果的影響 當(dāng)通信線與接觸網(wǎng)的平行接近距離較大時(shí)，吸-回裝置的“長(zhǎng)回路”屏蔽系數(shù)是十分理想的。但當(dāng)通信線與接觸網(wǎng)的平行接近距離較小時(shí)，接觸網(wǎng)-回流線的環(huán)路影響顯著增加，導(dǎo)致“長(zhǎng)回路”屏蔽系數(shù)的迅速惡化。單線電氣化鐵道吸-回裝置“長(zhǎng)回路”屏蔽系統(tǒng)與平行接近距離的關(guān)系曲線如圖9-8所示。 3）吸-回裝置中個(gè)別吸流變壓器故障解列時(shí)對(duì)裝置防護(hù)效果的影響 在整個(gè)供電臂范圍內(nèi)，一般有十余臺(tái)吸流變壓器組成一套吸-回裝置。運(yùn)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(jì)在這種不正常運(yùn)行條件下的防護(hù)作用并在設(shè)計(jì)裝置時(shí)適當(dāng)加以考慮，對(duì)保證通信設(shè)備和維護(hù)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(yùn)行方式

17、，這時(shí)的危險(xiǎn)電壓允許標(biāo)準(zhǔn)與正常方式時(shí)有所不同，允許將標(biāo)準(zhǔn)由60V提高到150V。 4）牽引網(wǎng)短路 當(dāng)牽引網(wǎng)發(fā)生短路時(shí)，鐵心嚴(yán)重飽和，導(dǎo)致副邊繞組吸流不足，使吸-回裝置的防護(hù)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(duì)牽引供電系統(tǒng)的不利影響 1）牽引網(wǎng)阻抗增大； 2）牽引網(wǎng)電壓損失增大； 3）牽引網(wǎng)電能損失增大； 4）對(duì)接觸網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。 5、吸流變壓器的分布和主結(jié)線 目前吸流變壓器大都是1.54km安裝一臺(tái)，吸流變壓器的分布，首先應(yīng)結(jié)合接觸網(wǎng)錨段分布情況，一般吸流變壓器設(shè)置在錨段關(guān)節(jié)處，并將該錨段關(guān)節(jié)改為4跨電分段。吸流變壓器一般不得設(shè)在隧道內(nèi)

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(jié)線如圖9-11所示。 吸流變壓器臺(tái)的結(jié)構(gòu)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(hù)效果 為了檢驗(yàn)吸-回裝置對(duì)通信線路的防護(hù)效果，曾進(jìn)行過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)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(jié)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(duì)通信線路產(chǎn)生的電磁干擾，正饋線與接觸導(dǎo)線架設(shè)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(duì)通信線路的防護(hù)原理 交流牽引網(wǎng)對(duì)通信線的感應(yīng)影響，主要與牽引電流在回路的分布情況有關(guān)。如圖9-15所示。9-4-3 自耦變壓器供電方式 實(shí)際上由于AT漏抗很小，使電力機(jī)車在AT區(qū)間以外的AT向電力機(jī)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(diǎn) 與吸-回裝置相比較，AT供電方式具有以下特點(diǎn)： 1）AT供電方式中自耦變壓器是并聯(lián)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、小； 3）AT供電方式能有效地減弱對(duì)通信線的感應(yīng)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(jié)線型式可分為三相-兩相結(jié)線、三相十字交叉結(jié)線等。 三相-兩相結(jié)線通常采用斯科特結(jié)線方式和YN，阻抗匹配平衡結(jié)線；而三相十字交叉結(jié)線通常采用三相雙繞組十字交叉結(jié)線和三相三繞組YN，d11，d11十字交叉結(jié)線。9-4-3 自耦變壓器供電方式 5、AT牽引網(wǎng)9-4-3 自耦變壓器供電方式 （1）AT供電方式牽引網(wǎng)的構(gòu)成 如圖9-21所示。AT供電回路的絕緣保護(hù)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(hù)圖如圖9-22所示。 AT牽引網(wǎng)供電臂一般較長(zhǎng)，可達(dá)4050km。為了減小牽引網(wǎng)故障時(shí)的停電范圍，常在供電臂中間設(shè)置開閉所，實(shí)行保護(hù)分段。此外，在重要的區(qū)段站、編組站或電力機(jī)務(wù)段所在站也可設(shè)置開閉所進(jìn)行分段。 （3）AT分區(qū)所 復(fù)線區(qū)段分區(qū)的