董富月

（中國(guó)鐵建電氣化局集團(tuán)第二工程有限公司，山西 太原 030023）

電氣化鐵路的牽引供電體系、貫通地線、弓網(wǎng)電弧均可能引發(fā)鐵路通信干擾問題，這往往會(huì)導(dǎo)致繼電設(shè)備干擾、信號(hào)電纜絕緣皮擊穿、電源脈沖受到干擾等問題出現(xiàn)。為盡可能排除鐵路通信受到的電氣化鐵路干擾，正是本文圍繞該課題開展具體研究的原因所在。

1.電氣化鐵路對(duì)鐵路通信的干擾問題

1.1 貫通地線干擾

如電流和電纜線在信號(hào)電纜中對(duì)稱，存在得到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相同的貫通地線兩邊信號(hào)電纜，但二者的方向相反，此時(shí)存在為0的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如存在不對(duì)稱的貫通地線與信號(hào)電纜電流輸入點(diǎn)，且感應(yīng)電流出現(xiàn)于信號(hào)電纜中，這會(huì)導(dǎo)致感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)在貫通地線的一端出現(xiàn)峰值。工作正常時(shí)貫通地線會(huì)出現(xiàn)60V以下的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)信號(hào)電纜線外皮較小電流波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致較大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)出現(xiàn)于電纜中，線路接觸網(wǎng)故障會(huì)導(dǎo)致30V以下的反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)出現(xiàn)[1]。

1.2 牽引供電體系干擾

干擾可細(xì)分為兩類。第一，牽引傳導(dǎo)性干擾。電子化鐵路牽引供電體系存在的電流不平衡會(huì)引發(fā)電磁干擾問題，作為牽引電流與信號(hào)設(shè)備的載體，阻抗較大的鋼軌和不對(duì)稱的變壓器線圈會(huì)導(dǎo)致電流對(duì)地泄漏，電流不平衡現(xiàn)象將因此出現(xiàn)，進(jìn)而導(dǎo)致感應(yīng)動(dòng)勢(shì)出現(xiàn)于變壓器兩邊[1]。兩根鋼軌的差相直接關(guān)系感應(yīng)動(dòng)勢(shì)大小，如存在超過限制的差值，軌道機(jī)電設(shè)備將受到直接影響；第二，牽引電磁干擾。鐵路線路高負(fù)荷運(yùn)行引發(fā)的干擾也需要得到重視，這一過程中產(chǎn)生的電磁會(huì)直接影響電纜的相關(guān)信號(hào)，如存在達(dá)到一定水平的電纜感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，信號(hào)電纜絕緣皮擊穿問題很容易出現(xiàn)，進(jìn)而威脅行車安全。信號(hào)電纜屏蔽接地向來受到重視，只有優(yōu)選接地方式導(dǎo)出干擾電流，方可保證行車安全[2]。

1.3 弓網(wǎng)電弧干擾

圖1 電能獲取方式

25kW的高壓交流電為電氣化鐵路的機(jī)車工作環(huán)境，電機(jī)以接觸導(dǎo)線和受電滑板間的滑動(dòng)為電能獲取方式，具體如圖1所示。圍繞圖1進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，弓網(wǎng)離線的情況很容易在機(jī)車運(yùn)行過程中出現(xiàn)，雖然運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的機(jī)車能夠承受瞬間高溫電弧并維持受流穩(wěn)定，但由此產(chǎn)生的電磁干擾不應(yīng)被忽視，這類干擾可細(xì)分為四類。

第一，弓網(wǎng)地電弧干擾。受流階段的機(jī)車會(huì)因受電弓與接觸線接觸不穩(wěn)定出現(xiàn)較大車速波動(dòng)，整體惡化的機(jī)車系統(tǒng)會(huì)影響設(shè)備工作穩(wěn)定性，運(yùn)行中的供電質(zhì)量和平穩(wěn)性均會(huì)受到威脅；第二，牽引網(wǎng)電壓突變。弓網(wǎng)離線電弧會(huì)導(dǎo)致牽引網(wǎng)電壓突變，進(jìn)而干擾電源脈沖，圍繞同時(shí)負(fù)責(zé)電車供電和現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)供電的電源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，弓網(wǎng)離線對(duì)信號(hào)電源系統(tǒng)帶來的影響較為深遠(yuǎn)，計(jì)算機(jī)控制故障也很容易因高幅值脈沖引發(fā)；第三，高次諧波電壓影響。高次諧波電壓可能因弓網(wǎng)離線電弧出現(xiàn)，軌道電路很容易受到影響，控制信號(hào)故障的發(fā)生幾率會(huì)隨之大幅提升；第四，高頻電磁噪聲干擾。高頻電磁噪聲干擾源于弓網(wǎng)電弧離線，大量能量釋放引發(fā)的過電壓、空氣中較多數(shù)量高頻電磁波的凝聚將對(duì)通信信號(hào)造成干擾，通訊信號(hào)中斷問題也可能出現(xiàn)，受到高頻噪聲影響的機(jī)車控制信號(hào)將直接威脅機(jī)車運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。

對(duì)于鐵路通信來說，電氣化鐵路帶來的信號(hào)電纜干擾問題必須得到重視。作為閉塞地區(qū)接收發(fā)送電纜，鐵路信號(hào)電纜在電氣化軌道中的鋪設(shè)需要依托預(yù)制好的槽進(jìn)行，由于一同鋪設(shè)信號(hào)電纜和地線，貫通地線和信號(hào)電纜間存在較大的磁耦合，遠(yuǎn)大于信號(hào)電纜與牽引供電系統(tǒng)正饋線、回流線、接觸線的耦合[3]。綜合分析能夠發(fā)現(xiàn)，貫通地線與信號(hào)電纜間的耦合帶來的干擾較為深遠(yuǎn)；進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，電纜只注入到電流一側(cè)時(shí)存在最大的電纜感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)帶來的干擾問題必須得到重視。對(duì)于外殼接地的信號(hào)電纜來說，部分回流經(jīng)過殼上部分，電纜受到的這部分回流干擾不容忽視。結(jié)合上文論述和相關(guān)研究可以發(fā)現(xiàn)，電氣化鐵路對(duì)鐵路通信的干擾可細(xì)分為磁感應(yīng)影響、電感應(yīng)影響、地感應(yīng)影響，磁感應(yīng)影響源于交變電磁場(chǎng)，由接觸網(wǎng)牽引電流引發(fā)，通信電纜線路與接觸網(wǎng)的互感帶來的影響必須得到重視。電感應(yīng)影響源于接觸網(wǎng)牽引電壓的電場(chǎng)，大地與通信電纜線路、通信電纜線路與接觸網(wǎng)的耦合電容會(huì)帶來影響。地感應(yīng)影響源于通過鋼軌回流時(shí)接觸網(wǎng)電流導(dǎo)致的大地電位升高，通信電纜線路和通信設(shè)備因此受到的影響也不容忽視[4-5]。

2.電氣化鐵路對(duì)鐵路通信干擾的防護(hù)措施

2.1 基本防護(hù)措施

為有效防護(hù)電氣化鐵路對(duì)鐵路通信干擾，可從三方面防護(hù)措施入手：第一，貫通地線干擾防護(hù)措施。為應(yīng)對(duì)上文提及的貫通地線干擾，可優(yōu)選新型材料，貫通地線的電阻可通過能夠減小感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的地線外套材質(zhì)有效降低，泄漏能力可有效提升。施工鋪設(shè)貫通地線時(shí)，應(yīng)選用絕緣的電纜槽，將電纜與地線分開，二者的距離需要在1m以上，并使用填砂防護(hù)模式進(jìn)行填充。室內(nèi)監(jiān)控體系的完善也需要得到重視，以此強(qiáng)化電纜質(zhì)量檢測(cè)，基于防護(hù)需要控制防護(hù)設(shè)備質(zhì)量，并保證存在足夠小的貫穿地線電阻，其接地的安全可靠也需要得到重視[6]。鐵路周圍的土壤的填充壓實(shí)同樣屬于鐵路周圍地線布設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)，土壤的泄流能力需得到保障，并規(guī)避地線與信號(hào)電纜混淆問題，因此需遠(yuǎn)離信號(hào)電纜進(jìn)行地線布設(shè)；第二，牽引供電體系干擾防護(hù)措施，對(duì)于處于25Hz的軌道電路系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)法增加飽和電流強(qiáng)度，具體可采用扼流變壓器，具體需要增加其氣隙并設(shè)置更多的抗干擾線圈，適配器的合理添加也極為關(guān)鍵，同時(shí)信號(hào)的抗干擾能力的增強(qiáng)還可以使用并聯(lián)諧振[7]。在平衡電流環(huán)節(jié)，對(duì)牽引電流阻抗較小的ZPW-2000軌道電路線圈應(yīng)得到重視，基于其特點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)電流平衡?？紤]到現(xiàn)階段存在較大的牽引電流波類，如偶次諧波、奇次諧波、50Hz基波，選取載頻時(shí)為設(shè)法規(guī)避牽引電流干擾應(yīng)選用高頻偶次諧波，并保證牽引電網(wǎng)中地接觸線與正饋線位置對(duì)稱，以此更好應(yīng)對(duì)干擾影響；第三，合理選用信號(hào)電纜。為降低外界磁場(chǎng)對(duì)信號(hào)電纜的干擾，應(yīng)優(yōu)選采用絕緣材料抗擊穿能力較強(qiáng)絕緣材料的信號(hào)電纜，并采用單端接地方式進(jìn)行信號(hào)電纜屏蔽層的接地，電纜線感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)帶來的影響可有效應(yīng)對(duì)，如需要采用雙端接地，電纜屏蔽層的保護(hù)必須得到重視[8]。

2.2 接地防護(hù)措施

電氣化鐵路對(duì)鐵路通信干擾的防護(hù)需得到接地防護(hù)措施的重視，通過連接接地裝置和設(shè)備，即可提供較為有效的防護(hù)，結(jié)合電氣化鐵路通信設(shè)備及通信電纜的特殊環(huán)境，本文建議采用五種接地防護(hù)措施：第一，屏蔽地線保護(hù)措施。屏蔽地線保護(hù)措施可用于干線電纜區(qū)間，具體可每隔4km在干線電纜線路上設(shè)置地線，一般應(yīng)選擇電纜接頭位置，以此通過接地裝置將電纜的鎧裝鋼帶和金屬護(hù)套與大地進(jìn)行電氣連接，通過迅速將鎧裝鋼帶和金屬護(hù)套上積聚的感應(yīng)電荷流入大地，即可保證其擁有接近大地電位的電位，零電位干線電纜可順利獲得。一般需保證存在4Ω以下的屏蔽地線接地電阻，特殊情況下也需要控制在10Ω內(nèi)；第二，電纜電氣隔離。為避免遭受強(qiáng)電襲擊的干線電纜引發(fā)設(shè)備傷害問題，引入室內(nèi)干線電纜的絕緣氣閉必須得到重視，保證內(nèi)外分離在絕緣氣閉接頭處實(shí)現(xiàn)，將地線與屏蔽地線連接引出。如存在超過2km的電氣化鐵路與地區(qū)電纜線路平行接近長(zhǎng)度，電纜屏蔽接地應(yīng)設(shè)置在主干電纜兩端，引入通信機(jī)械室的地區(qū)電纜需做好閉氣換接全塑電纜處理，同時(shí)并聯(lián)地區(qū)電纜金屬護(hù)套，接至屏蔽地線；第三，光纜防護(hù)措施。對(duì)于引入機(jī)械室的光纜，必須在光纜進(jìn)入ODF架前做絕緣節(jié)，保證結(jié)緣節(jié)套管內(nèi)ODF架內(nèi)外光纜的皺紋鋼帶鎧裝、鋁鉑護(hù)層、加強(qiáng)芯斷開且相互絕緣，以此得到金屬部分電氣分離的光纜，機(jī)械室引入強(qiáng)電流的問題將有效規(guī)避；第四，機(jī)械架保護(hù)裝置設(shè)置[9]。為避免接觸網(wǎng)干擾導(dǎo)致干線線路的通信設(shè)備損傷，進(jìn)入通信設(shè)備前的干線電纜線路必須經(jīng)過電化引入架的保安管及隔離變壓器，并保證電纜芯線經(jīng)保安管接保護(hù)地，由此強(qiáng)電襲擊時(shí)的電纜線路能夠保證芯線上積聚的電荷流入大地，保安管、保護(hù)地線能夠有效保護(hù)通信設(shè)備。為防止強(qiáng)電引入設(shè)備，接入各種地區(qū)電纜時(shí)需先進(jìn)入保安器柜或總配線架，為發(fā)揮防強(qiáng)電作用，需保證芯線經(jīng)保安器接保護(hù)地。對(duì)于直接連接機(jī)殼或機(jī)架的長(zhǎng)途電纜芯線，應(yīng)對(duì)地絕緣；第五，通信設(shè)備地線保護(hù)。中間站的通信設(shè)備較為集中，應(yīng)設(shè)置屏蔽地線、保護(hù)地線、工作地線，中心通信站需采用同等設(shè)置。通信設(shè)備的設(shè)備機(jī)體、直流電源正極接工作地線，需保證存在1Ω內(nèi)的工作地線接地電阻?？偱渚€架保安器、電化引入架保安器、設(shè)備外殼等接保護(hù)地線，需保證存在10Ω內(nèi)的保護(hù)地線接地電阻。地區(qū)電纜、干線電纜等金屬護(hù)套、鎧裝鋼帶接屏蔽地線，需保證存在4Ω內(nèi)的接地電阻。不得設(shè)置與其他地線合用的電氣化區(qū)段電纜屏蔽地線，必須做到分別設(shè)置，并保證存在20m左右的埋設(shè)距離。為更好應(yīng)對(duì)電氣化鐵路對(duì)鐵路通信干擾，接地地線需遵循一定安裝標(biāo)準(zhǔn)，保證電氣化鐵路通信機(jī)房?jī)?nèi)分別安裝屏蔽地線、保護(hù)地線、工作地線三種地線，選用帶絕緣子的地線接線排，一般在靜電地板下設(shè)置地線排，在距靜電地板、距地面分別為0.2m、0.4m處安裝[10-11]。

3.結(jié)語(yǔ)

電氣化鐵路會(huì)干擾鐵路通信。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的貫通地線干擾防護(hù)措施、合理選用信號(hào)電纜、屏蔽地線保護(hù)措施、光纜防護(hù)措施等內(nèi)容，則提供了可行性較高的電氣化鐵路通信干擾應(yīng)對(duì)措施。為更好應(yīng)對(duì)電氣化鐵路帶來的通信干擾，基于ICA的盲源分離、強(qiáng)電磁干擾抑制等新型技術(shù)的應(yīng)用也需要得到重視。