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试论我国电气化铁路中牵引电流对信号系统的干扰


试论我国电气化铁路中牵引电流对信号系统的干扰 摘要:随着我国电气化铁路的不断发展,牵引电流对信号系统的干 扰这一影响铁路安全的问题已成为亟待解决的重要问题之一。 本文分 析了牵引电流对信号系统的干扰的若干形式,并提出解决办法。 关键词:牵引电流 信号系统 电气化铁路 从我国电气化铁路多年运行来看,电气化干扰对信号系统的影响, 可划分为传导、感应和辐射三种形式。由于传导性干扰的能量大 ,具 体表现形式为:牵引电流不平衡引起的传导性干扰、牵引电流中进入 大地的电流分量引起的地电位升、 接触网高压电场感应引起的工频电 场、牵引电流引起的工频磁场、电力机车受电弓与接触网摩擦等引起 的射频电磁场骚扰。 1 传导性干扰 传导性干扰指的是通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(或 干扰)到另一个电网络。电气化铁路对信号系统的传导性干扰包括了 牵引电流因回流不畅对信号设备的干扰和轨道电路两条钢轨中通过 的牵引回流不相等对轨道电路的传导性干扰,即不平衡牵引电流,不平 衡电流的大小由钢轨中牵引电流和轨道 ( 包括扼流变压器等器材 ) 的 不平衡程度决定。多数轨道区段不平衡系数小于 10%,不平衡电流有 稳态和瞬态脉冲两种形式,较大不平衡电流以及脉冲电流中的直流分 量易造成扼流变压器的铁芯器件的磁饱和 ,削弱信号传输。对于轨道 电路设备,此干扰源的性质近似为电流源,音频信号接收还应对同频段 的谐波成分进行防护。 2 感应耦合 感应耦合包括静电感应、容性耦合和感性耦合干扰。 (1)静电感应干扰。 当接触网输入 27.5 kV 的工作电压以后,在接触 网导线的周围形成垂直于导线表面的交变电场。由于静电感应作用 , 处于电场内的架空通信信号线路将产生静电感应电位 ,从而对通信信 号线路产生有害干扰。 因为电气化铁道牵引的工频 50 Hz 的电流频率 很低 ,静电感应干扰是及其微小的 ,其相对于信号系统中的信号而言 , 可以不计。 (2)容性耦合。容性耦合是指在接触网存在对地不平衡电压而引 起感应的影响。 在单项工频 25 kV 交流制电力牵引区段的接触网周围 空间产生连续分布的交变电磁场 ,由于邻近的人或受扰设备与大地间 存在电容,接触网与人或设备之间又有耦合电容因此必然产生感应电 压,形成容性耦合。因此在铁路沿线设置的各种信号设备上,会产生对 大地的电位和纵电动势,同时各种信号电路内也会导致感应电流的出 现。 采用 BT 供电方式时,在钢轨和大地中的回归电流大致为零,此时 对外界的感应干扰值最低。 但在吸流变压器起不到作用的半段效应区 段,其最大长度按电力机车位于距吸流变压器最近处考虑时,则为吸流 变压器到吸上线,此区段的感应干扰为最大。 (3)感性耦合。牵引电流可达数千安培,当接触网中有电流通过时, 由于强电线与受扰设备之间有耦合电感 ,因此受扰设备中会产生感应 纵向电动势,从而形成感性耦合。感性耦合不仅与接触网电流的大小 有关,还与接近的距离,接近的长度有关。 电场为容性耦合,电场占优时,在近场处随距离的三次方衰减。信 号设备防护手段包括采用良导体屏蔽并接地、 与接触网保持距离等以 减小耦合电容。 埋地电缆可不考虑电场影响。 工频磁场通过电感耦合, 磁场占优时,在近场处随距离的三次方衰减,在通信信号电缆盒电路中 产生感应电动势或电压,在 AT、BT、直供加回流线等供电方式下,由 于回流线的作用,会减弱磁耦合的影响。低频磁场屏蔽应采用高磁导 率材料,但需考虑磁饱和问题。 3 辐射影响 电磁辐射干扰就是干扰源通过空间传播到敏感设备的干扰。 一旦 机车通过,接触网有

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