第9章 交流电气化铁道对通信线路的影响及防护措施幻灯片

9 1交流电气化铁道对通信线路的干扰概述9 2危险电压影响9 3杂音干扰影响9 4防护交流牵引网对通信线路干扰的措施 第9章交流电气化铁道对通信线路的影响及防护措施 1 9 1交流电气化铁道对通信线的干扰概述 9 1 1牵引网对通信线路产生影响的原因9 1 2牵引网对通信线路产生影响的分类 2 9 1 1牵引网对通信线路产生影响的原因单相工频交流制的牵引网是一种不对称供电方式 作为送电导线的是架空接触线 而担任回流导线的则是钢轨和大地 因为接触线和钢轨及大地的距离都较远 所以电力机车牵引电流在基中形成的电磁场无法平衡 将对邻近的通信线路和其他弱电线路产生较为严重的影响 可以破坏这些线路的正常工作 甚至危及设备及人身安全 3 9 1 2牵引网对通信线路产生影响的分类1 按产生的根源可分为三种 静电感应影响 电磁感应影响 传导电流影响 前两种分别由牵引网的电压和电流所引起 而后一种影响是由于牵引电流流过钢轨 大地时 使大地的不同点出现不同的电位所引起 所以 传导电流影响仅限于对采用 导线 地 传输形式的弱电线路 2 按性质可分为两种 危险电压影响 杂音干扰影响 前者指牵引网对邻近通信线路的感应影响 严重到足以危及设备绝缘或接触这些被感应线路和设备的人员的人身安全 后者指这种影响破坏了通信线路的正常工作 例如使电话线路中出现干扰杂音 降低通信质量等 因此 研究电气化铁道对通信线路的影响和防护措施非常重要 4 单相工频交流牵引网对通讯线路造成的危险电压影响 包括静电感应影响和电磁感应影响两种 9 2危险电压影响 5 9 2 1静电感应影响9 2 2电磁感应影响9 2 3危险电压 9 2危险电压影响 6 9 2 1静电感应影响当架空接触网对地有交变电压时 将会在周围空间建立起电场 从而使这个空间的各点具有一定电位 位于这个电场中的中性导体就会出现带电现象 当忽略通信线本身原有电荷和它的感应束缚电荷的影响时 可认为位于此电场中某处的导线将具有当它不存在时该处所具有的电位 静电感应计算示意图如图9 1所示 7 位于接触网附近的通信线中的感应电压计算式为 9 1 由式9 1可知 静电感应电压主要是与接触网与通信线间距离及接触网电压有关 而与接触网中有无电流无关 而且UA也是工频交流电压 与Uc同相位 当a值增大时 静电感应电压将迅速衰减 当b 6m c 5m Uc 25kV 取K 0 4 可有a与Uc的关系如表9 1所示 8 9 2 2电磁感应影响1 影响电磁感应的因素一般的架空三相电力线路 其电磁场基本平衡 所以电磁感应影响很小 除两线一地制外 均不予考虑 单相工频交流牵引网的构成 由于等值地回流深度Dg很大 接触网电流产生的磁场不能被抵消 所以对邻近的通信线路就产生了电磁感应影响 当通信线路与接触网相距较近 平行长度又较长时 在通信线中感应的电势会达到危险的程度 电磁感应电势的大小主要取决于牵引电流和两线路的平行接近长度 对于与牵引网相邻的通信缆 在防护磁场的感应影响上 将受到三种屏蔽的作用 即 钢轨 外皮 相邻的电缆芯线的屏蔽作用 9 2 通信线中的电磁感应电势可用下式计算 9 3 式中 9 2 10 9 2 3危险电压对静电感应影响和电磁影响会因具体情况不同而体现各有侧重 一般情况下 对架空通信线路的静电感应和电磁感应影响都应同时考虑 这时在通信线中引起的总感应电势应为两者的相量和 即 9 4 危险电压 当通信线中产生的感应电势超过一定限度而危及设备和和身安全时 称之危险电压 为确保设备安全和维护 操作人员的人身安全 规定了通信线受影响的允许标准 通信线的危险电压允许标准 主要取决于危险电压可能产生的通过人体的电流 电压及其作用时间 危险电压作用的时间越短 对人身安全就越有保证 人体阻抗与外加电压和皮肤干燥程度有关 如表9 2所示 11 9 5 危险电压的允许标准可归纳为以下三条 1 在接触网正常工作状态下 通信线路中感应的纵电动势不得超过60V 2 在接触网短路故障状态下 在架空明线通信线中感应电势不得超过430V 而电缆芯线中感应电势不得超过电缆绝缘试验电压的60 对采用远距离直流供电的电缆通信线路 在其电缆芯线上的感应电势不应超过下列允许值 3 当人体同时遭受静电感应影响的通信线与地时 通过人体的静电感应电流不得超过15mA 12 9 3杂音干扰影响 13 1 杂音干扰综述我国电气化铁道目前使用的交流电力机车 大都采用硅整流的直流牵引电动机传动方式 近年来 随着大功率晶闸管技术的发展 某些国家已大量采用晶闸管整流装置代替调压开关 水银整流管和硅整流器实现无级调压 大大改善了机车性能 所有这些都将导致接触网电流中含有大量高次谐波分量 从而对通信线路音频话路造成严重杂音干扰 因电力机车采用的是全波整流 所以其电流波形中仅含有奇数次谐波 如表9 3所示 14 2 不同频率谐波对人耳的影响频率不同的各次谐波 对人耳产生的听觉音响效果不一样 各次谐波电流的影响程度与800Hz电流的影响程度之比值称为该次谐波的音响作用系数Pk 用实验方法测出的不同频率的谐波电流对800Hz电流的音响作用系数如表9 4所示 15 16 3 800Hz等效干扰电流计算交流电气化铁道对通信线路的杂音干扰影响 通常用按等效800Hz等效干扰电流计算杂音电压的近似方法 800Hz等效干扰电流 如果接触网中流过的某一电流值 它在邻近的通信线路中所引起的杂音电压 与接触网中实际存在的全部谐波电流在邻近的通信线路中所引起的杂音电压相等 则该800Hz的电流称为800Hz等效干扰电流 其计算式为 9 6 式9 6中各量的值分别如表9 4 8所示 17 18 19 20 4 交流牵引网对通信杂音干扰电压据通信线长度不同计算 1 当通信线路长度La小于供电臂长度L时 杂音电压为 9 7 式9 7中各量的值分别如表9 9 10所示 21 2 当通信线路长度La超过供电臂长度L时 杂音电压为 9 8 式9 8中各量的值如表9 11所示 22 9 4防护交流牵引网对通信线路干扰的措施 对通信线路的防护可以从产生影响的牵引供电系统和被影响的通信线路两方面加以考虑 从通信线路方面考虑 1 将架空通信明线改为高屏蔽通信电缆或光缆通信线路 2 将架空通信明线拆迁到交流电气化铁道影响范围以外 3 在通信线路中加装中和变压器 低频绝缘变压器 幻通谐振变压器 屏蔽变压器 横向接地变压器 陶瓷放电管 杂音抑制器等 4 在通信器械设备方面 采用增音站 谐振短路器 谐振分路器 杂音补偿器 音响冲击限制器 抗干扰人工电报机等 从电气化铁道方面考虑 1 采用DN供电方式 2 采用BT供电方式 3 采用AT供电方式 4 采用CC供电方式 5 限制供电臂的长度 6 合理选用电力机车类型 23 9 4防护交流牵引网对通信线路干扰的措施 9 4 1带架空回流线的直接供电方式9 4 2吸流变压器供电方式9 4 3自耦变压器供电方式9 4 4同轴电缆供电方式 24 9 4 1带架空回流线的直接供电方式直接供电方式供电回路的构成最简单 工程投资 运营成本和维修工作量都少 但对邻近通信线路的干扰影响严重 钢轨电位比其他供电方式要高 为了保留直接供电方式的优点 克服其缺点 在其结构上增设与轨道并联的架空回流线 就成了带回流线的直接供电方式 简称DN供电方式 如图9 3所示 它与直接供电方式相比 有以下改善 1 原来流经轨道 大地的回流 一部分改由架空回流线流回牵引变电所 其方向与接触网中馈电电流方向相反 架空回流线与接触网距离较近 因此相当于对邻近通信线路增加了屏蔽效果 2 牵引网阻抗和轨道电位都有所降低 25 26 9 4 2吸流变压器供电方式1 工作原理吸流变压器 回流线装置就是以加强接触网和回流线间互感耦合的办法来达到比较对称供电的目的 吸流变压器供电方式 在牵引网中 每相距1 5 4km 设置一台变比为1 1的电力变压器 它的一次绕组串接在接触导线上 其二次绕组则串接在特设的回流线或钢轨上 通常有吸流变压器 回流线方式和无回流线方式两种方式 如图9 4所示 27 吸 回方式的工作原理如图9 5所示 28 2 BT供电方式的剩余感应影响1 由BT的激磁电流引起的感应影响 2 接触导线和回流线对通信线路的相对位置不同而产生的环路影响 3 钢轨内感应电流对通信线产生的二次感应影响 3 影响吸 回装置对通信线的防护效果的主要因素1 运行中的机车位置当电力机车位于供电臂吸上线处时 吸 回装置具有最佳的防护效果 此时牵引网对通信线的电磁感应影响只有 长回路 影响 当电力机车运行于吸流分段中其余位置时 从机车到邻近吸上线之间的长度内 牵引网仍然是以接触网 轨道大地或轨道大地 回流线不对称回路向电力机车供电 这种因电力机车运行位置变化致使局部供电回路仍按不对称方式工作所产生的电磁感应影响 称为 半段效应 如图9 6和9 7所示 29 30 2 通信线与接触网平行接近距离对装置防护效果的影响当通信线与接触网的平行接近距离较大时 吸 回装置的 长回路 屏蔽系数是十分理想的 但当通信线与接触网的平行接近距离较小时 接触网 回流线的环路影响显著增加 导致 长回路 屏蔽系数的迅速恶化 单线电气化铁道吸 回装置 长回路 屏蔽系统与平行接近距离的关系曲线如图9 8所示 3 吸 回装置中个别吸流变压器故障解列时对装置防护效果的影响在整个供电臂范围内 一般有十余台吸流变压器组成一套吸 回装置 运行中吸流变压器故障解列的情况是可能发生的 正确地估计在这种不正常运行条件下的防护作用并在设计装置时适当加以考虑 对保证通信设备和维护人员的安全是必需的 由于吸流变压器解列是一种不正常运行方式 这时的危险电压允许标准与正常方式时有所不同 允许将标准由60V提高到150V 4 牵引网短路当牵引网发生短路时 铁心严重饱和 导致副边绕组吸流不足 使吸 回装置的防护效果降低 31 32 4 吸 回装置对牵引供电系统的不利影响1 牵引网阻抗增大 2 牵引网电压损失增大 3 牵引网电能损失增大 4 对接触网运行产生不利影响 5 吸流变压器的分布和主结线目前吸流变压器大都是1 5 4km安装一台 吸流变压器的分布 首先应结合接触网锚段分布情况 一般吸流变压器设置在锚段关节处 并将该锚段关节改为4跨电分段 吸流变压器一般不得设在隧道内 大桥上 或容易遭到塌方落石等危害的地方 吸 回装置的主结线如图9 11所示 吸流变压器台的结构一般为杆上式 如图9 12所示 33 34 6 吸 回装置的防护效果为了检验吸 回装置对通信线路的防护效果 曾进行过多次现场试验 试验结果如表9 13及9 14所示 35 36 37 9 4 3自耦变压器供电方式1 AT供电方式的原理结线如图9 13所示 38 为了尽可能减少对通信线路产生的电磁干扰 正馈线与接触导线架设在同一支柱上 其接线如图9 14所示 39 2 AT供电方式对通信线路的防护原理交流牵引网对通信线的感应影响 主要与牵引电流在回路的分布情况有关 如图9 15所示 40 实际上由于AT漏抗很小 使电力机车在AT区间以外的AT向电力机车供给的电流为0 可得出理想情况下的电流分布情况表示 如图9 16所示 41 3 AT供电方式的特点与吸 回装置相比较 AT供电方式具有以下特点 1 AT供电方式中自耦变压器是并联连接在接触悬挂和正馈线之间的 提高了供电可靠性 2 AT供电方式的馈电电压高 所以供电能力大 电压下降率小 3 AT供电方式能有效地减弱对通信线的感应影响 4 采用AT供电方式的牵引供电系统所用的牵引变压器AT供电方式的牵引变电所 按牵引变电所的结线型式可分为三相 两相结线 三相十字交叉结线等 三相 两相结线通常采用斯科特结线方式和YN 阻抗匹配平衡结线 而三相十字交叉结线通常采用三相双绕组十字交叉结线和三相三绕组YN d11 d11十字交叉结线 42 5 AT牵引网 43 1 AT供电方式牵引网的构成如图9 21所示 AT供电回路的绝缘保护图如图9 22所示 44 2 AT开闭所如图9 21所示 AT供电回路的绝缘保护图如图9 22所示 AT牵引网供电臂一般较长 可达40 50km 为了减小牵引网故障时的停电范围 常在供电臂中间设置开闭所 实行保护分段 此外 在重要的区段站 编组站或电力机务段所在站也可设置开闭所进行分段 3 AT分区所复线区段分区的作用主要是使上 下行牵引网实现并联供电 以改善牵引供电条件 此外 无论是单线区段还是复线区段 当相邻牵引变电所因故全停电时 可通过分区所的联络开关实现越区供电 45 6 AT供电方式的防护效果比较 1 AT供电方式的防护效果AT供电方式的防护效果 主要由下列几个因素决定 1 AT间的间距 2 AT的漏抗 3 轨道对地的漏泄电阻 4 正馈线的阻抗 5 接触网短路 2 AT供电方式与BT供电方式的防护效果的比较AT供电方式的综合防护效果要优于BT供电方式 46 7 AT供电方式的优缺点优点 无需提高牵引网的绝缘水平就可将供电电压提高一倍 在相同的牵引负荷条件下 接触悬挂和正馈线中的电流大致可减少