电气化铁路的电磁干扰源

[摘 要]电磁干扰是影响铁路行车的一个重要因素,本文通过分析干扰源的实质,努力将电磁干扰的影响降到最低限度,确保铁路安全行车,保障广大人民群众的生命财产安全.

[关 键 词]电气化传导性干扰感应耦合辐射影响牵引电流

中图分类号：F407.6文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）36-0364-01

1.概述

在电气化铁路迅速发展的今天,铁路系统内部的干扰主要表现为电气化牵引供电系统对信号设备的干扰.

电气化铁路供电及接触网系统的故障放电.电力机车受电弓在接触网导线上滑动产生的电磁噪声（主要影响线路的无线、有线通信、信号系统）.电力机车（尤其是车载设备复杂的动车组）内部的电力电子器件（主要影响车内安装的弱电设备）.地线干扰.牵引回流引起的地线上的地电位升是信号系统接地的重要干扰源.轨道电路和车载设备受钢轨中不平衡牵引电流回流的传导性干扰.信息传输电缆受牵引网系统的感性、容性耦合的干扰.运动中的电力机车上的电动力系统对其下面的轨道电路的电磁感应干扰.本文重点分析电气化铁道干扰源.

2.电气化铁路系统特点

电气化铁路属于强电系统,它具有这么几个特点：

（a）额定电压高,可达25kV；

（b）牵引电流可达到数百安培甚至上千安培；

（c）电力机车为非线性负载,在整流换相和运行过程中会产生大量谐波成分等特点.这些特点构成了电气化铁路对信号设备干扰的基本原因.

3.干扰源分析

与电气化铁路系统相比,信号设备在电气化铁路中处于从属被动的地位.

从干扰的种类来说,可分为传导、感应、辐射三种形式,由于传导性骚扰的能量大,一般称为传导性干扰,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、接触网高压电场所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和离线等引起的射频电磁场骚扰.

（1）传导性干扰

1）传导性干扰即牵引电流不平衡干扰,它是电气化铁路对轨道电路干扰的主要原因.信号设备和牵引电流共用钢轨这个通道,由于钢轨阻抗、接续线电阻、对地漏泄、扼流变压器线圈对称度不同等因素,往往是流经两根钢轨上的电流不等,从而形成了不平衡电流.多数轨道区段不平衡系统小于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等铁芯器件的磁饱和,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）牵引回流通过钢轨与大地之间漏导入地,使附近的大地电位升高,在大地中杂散电流会对通信电缆等产生影响,另外,地中电流在流过与地连通的电缆外皮等金属件时,其温度升高将加速金属腐蚀,严重时会造成烧损,防护地电位升的措施包括：有条件可实施贯通地线；与是气化铁道距离较近时,可将电缆金属外皮对地绝缘；采用平衡传输、隔离技术等防止共地阻抗耦合.

（2）感应耦合

感应耦合包括容性耦合（电影响）、感性耦合（磁影响）,对于信号设备来说,工频电场和工频磁场属于近场.

1）容性耦合,接触网电压为25kV,当强电线上有一对地电压存在时,由于受扰设备（如通信线）与大地之间有电压,强电线与通信线之间就会有电容耦合,因此必然有电流自强电流分流入受扰设备,产生静电感应电动势,从而形成容性耦合.静电场的强度与电流大小以及与受扰物的距离有关.

2）感性耦合,受电弓与接触网接触,当受电弓升降弓、过分电段、开关其主断电路以及驶过有硬点的接触网时,会使牵引网中产生大的冲击电流.钢轨是牵引电流的回线,脉冲电流瞬间冲击使扼流变压器饱和,25Hz信号在几个周期内被削弱,从而使轨道继电器误动.另外,受电弓与接触网离线时会产生电火花,引发无线电干扰脉冲,从而影响到无线通信的质量.

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,设备防护手段有：采用良导体屏蔽并接地、与接触网保持距离以减小耦合电容等,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,在通信信号电缆和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

射频电磁场骚扰主要由机车受是弓与接触网离线等引起,频段为数百kHz-1GHz,射频电磁场为远场,随着距离增大而减小,骚扰场强大小主要与受电弓-接触网参数、列车速度等因素有关,对G-R等无线通信等产生干扰,对辐射骚扰屏蔽的机理是电磁波的反射和吸收,并不需接地.

（4）其他干扰

现有的供电系统中,为了保证人员的安全和设备的正常运行,通常利用钢轨作为接触网自然接地体.当接地装置的火隙失效或有些杆塔不经过火隙直接连接钢轨,在同一轨道电路区段内的2个及以上接触网杆塔地线分别接在两根钢轨上,或者不同轨道电路区段内杆塔地线经贯通的架空地线短路了钢轨绝缘接头,就会造成轨道电力红光带.另外,当机车发生受电弓支持绝缘闪络、放电间隙击穿等接地故障时,巨大的短路电流会瞬间使火隙反击穿,也会影响到信号设备.

4.结语

上述电磁干扰在室内、轨旁、车载具有不同的强度,对该环境中信号设备呈现出不同的侧重点和形式,影响机理及设备对干扰的防护都是电磁兼容学科和信号控制系统的研究范围.在很多情况下,尽管能将各个环境中的信号设备作为完全独立的子系统,但从干扰能量和影响严重性的角度出发,对于不同的信号设备,应重点关注的干扰种类有所不同.