朔黃線特大橋信號(hào)電纜雷電及牽引電流的綜合防護(hù)

樊國(guó)智

樊國(guó)智:朔黃鐵路發(fā)展有限公司 工程師 062350 河北肅寧

朔黃線肅寧分公司管內(nèi)超過(guò)1 km的特大橋梁有10座，均為鋼混結(jié)構(gòu)旱橋。特大橋信號(hào)電纜用于區(qū)間UM71自動(dòng)閉塞信息傳遞和站間方向電路。信號(hào)電纜多數(shù)采用鋼槽架空敷設(shè)，鋼槽在大橋護(hù)欄外側(cè)，鋼槽內(nèi)有信號(hào)電纜、鉛包銅貫通地線以及通信光、電纜等。

1 信號(hào)電纜燒傷原因分析

大橋上方的接觸網(wǎng)雖然設(shè)有架空地線，大橋的護(hù)欄也通過(guò)橋墩接地，但信號(hào)電纜仍有可能受到感應(yīng)雷的侵襲。感應(yīng)雷放電時(shí)，通過(guò)電磁感應(yīng)，鋼槽內(nèi)的電纜有可能發(fā)生感應(yīng)過(guò)電壓，這種過(guò)電壓對(duì)于信號(hào)電纜是危險(xiǎn)的，很容易擊傷電纜外皮。又因?yàn)榇髽螂娎|在施工過(guò)程中，電纜外皮很可能被劃破，或者電纜通過(guò)橋上電纜槽拐角處繃得過(guò)緊，天長(zhǎng)日久容易磨破電纜外皮，一旦感應(yīng)過(guò)電壓接觸到電纜鋼槽及外露的電纜屏蔽層時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生火花，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)將電纜外皮燒焦，埋下了事故隱患。

特大橋鋼槽內(nèi)信號(hào)電纜的干擾，主要來(lái)自2條鋼軌不平衡的牽引電流和不穩(wěn)定的沖擊電流。朔黃線重載列車開(kāi)行后，強(qiáng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)增大，一般大于500 V，此時(shí)電纜鋼槽感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)與因雷電擊傷或施工造成破皮的屏蔽層接觸，容易放電打火花，引起電纜護(hù)套升溫并燃燒。2009年5月5日朔黃線子牙新河特大橋曾因上述原因發(fā)生信號(hào)電纜燒損事故，致使行別營(yíng)站至黎民居站自動(dòng)閉塞設(shè)備無(wú)法運(yùn)行。

2 綜合防護(hù)的主要做法

朔黃線一期開(kāi)通時(shí)，只有神肅段為雙線電氣化線路，肅黃段為單線非電氣化線路，后續(xù)相繼進(jìn)行了肅黃復(fù)線建設(shè)、電氣化改造、全線自閉改造等工程。在UM71自動(dòng)閉塞設(shè)計(jì)施工時(shí)，并未按照綜合接地系統(tǒng)進(jìn)行考慮，造成了特大橋電纜在雷電及牽引電流防護(hù)、信號(hào)電纜屏蔽層接地以及電纜槽材料選型等方面存在不足。

朔黃線特大橋信號(hào)電纜雷電及牽引電流綜合防護(hù)示意圖如圖1所示。為吸取教訓(xùn)，對(duì)特大橋信號(hào)電纜雷電及抗干擾綜合防護(hù)進(jìn)行了研究和探討，主要采取了以下措施。

1．大橋兩端構(gòu)筑專用地網(wǎng)。采用40 mm×4 mm熱鍍鋅扁鋼焊接，根據(jù)橋梁的長(zhǎng)度差異，選用大小不同規(guī)格的地網(wǎng)，并采用接地銅纜與地網(wǎng)連接?？紤]到貫通地纜引出端應(yīng)與接觸網(wǎng)桿塔保持一定距離(不小于15 m)等原因，地網(wǎng)設(shè)置的始、終端確定在距橋頭50 m左右的適當(dāng)位置。

圖1 朔黃線特大橋信號(hào)電纜雷電及牽引電流綜合防護(hù)示意圖

2．增設(shè)高絕緣阻燃高分子護(hù)套綜合貫通地纜ZR-CTEC·HTYY型。貫通地纜與大橋兩端地網(wǎng)連接。該貫通地纜主要適用于橋梁地段，是在阻燃高分子護(hù)套環(huán)保型綜合貫通地線基礎(chǔ)上改進(jìn)的產(chǎn)品，其外護(hù)套不具有導(dǎo)電性，可在保持原電纜具有阻燃特性的同時(shí)，有效提升電纜的絕緣性能，從而進(jìn)一步改善綜合貫通地纜與電纜同溝敷設(shè)而帶來(lái)的電纜間相互干擾問(wèn)題，竣工后貫通地纜任一點(diǎn)的接地電阻阻值均小于1 Ω。

3．埋設(shè)輔助石墨地線。采用70 mm2線纜與輔助石墨地線連接后，經(jīng)橋墩(穿鋼管固定、防護(hù))接入貫通地纜，輔助石墨地線接地端電阻按小于4 Ω施工，其設(shè)置原則為間距(含至地網(wǎng))500 m，如1 km左右的橋梁，在橋下500 m處增設(shè)1處輔助石墨地線。新增輔助石墨地線接地點(diǎn)與牽引供電專業(yè)強(qiáng)電接地點(diǎn)的距離大于50 m。

圖2 朔黃線特大橋信號(hào)電纜“分段單端接地”示意圖

4．特大橋信號(hào)電纜屏蔽層實(shí)施分段單端接地方式與貫通地纜連接?？紤]到綜合防護(hù)工作是在繁忙的朔黃線實(shí)施，為盡量減少行車干擾，采用接續(xù)盒方式，在不切割既有電纜芯線的條件下，大橋兩端采用單端接地專用接續(xù)盒，按照?qǐng)D2所示進(jìn)行施工。大橋遠(yuǎn)方電纜屏蔽層不再接地，過(guò)橋電纜屏蔽層接入單端接地專用接續(xù)盒，并將地線端子引線至監(jiān)測(cè)用HZ-24電纜盒，對(duì)大橋“隱蔽性單端接地”實(shí)行透明化監(jiān)測(cè)。肅寧分公司管內(nèi)10座特大橋中1.232～2.468 km的特大橋7座，鋼槽中部適當(dāng)位置設(shè)普通接續(xù)盒，只斷開(kāi)屏蔽層，兩端屏蔽層不再接地，大橋電纜均分2段實(shí)行單端接地，短段為0.616 km，長(zhǎng)段為 1.234 km;3座 2.835～4.163 km的特大橋，考慮其電纜長(zhǎng)度，在橋上鋼槽內(nèi)再增設(shè)1個(gè)單端接地專用接續(xù)盒，均分3段實(shí)行單端接地，最短的長(zhǎng)度為0.945 km，最長(zhǎng)的1.388 km。

5．為了避免橋上電纜槽與電纜間的直接接觸，對(duì)橋上電纜槽內(nèi)信號(hào)(通信)電纜用3 mm厚的絕緣膠皮進(jìn)行包裹。同時(shí)，為保證同槽敷設(shè)的信號(hào)(通信)電纜與新設(shè)貫通地纜實(shí)現(xiàn)絕緣隔離，在電纜槽內(nèi)用PVC管將新設(shè)貫通地線進(jìn)行防護(hù)，把橋上電纜槽、信號(hào)(通信)電纜、新設(shè)貫通地纜三者之間做到了互相絕緣隔離。

6．考慮到既有鉛包銅局部地線懸浮敷設(shè)在電纜鋼槽內(nèi)，兩者間的接觸不良有可能造成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)引起的“打火”現(xiàn)象，將鋼槽與既有鉛包銅局部地線按間距25 m進(jìn)行栓接，盡可能地將感應(yīng)雷在鋼槽產(chǎn)生的過(guò)電壓、過(guò)電流通過(guò)既有鉛包銅局部地線入地。

7．將特大橋分割點(diǎn)或信號(hào)點(diǎn)的空心線圈中心點(diǎn)接地，采取逐點(diǎn)單設(shè)地線的方法，不與空心線圈中心點(diǎn)連接，使強(qiáng)電、弱電地線分開(kāi)。

3 綜合防護(hù)測(cè)試評(píng)估

朔黃線特大橋信號(hào)電纜雷電及牽引電流綜合防護(hù)方案實(shí)施后，特請(qǐng)北京交通大學(xué)抗干擾測(cè)試中心對(duì)防護(hù)方案進(jìn)行系統(tǒng)性地測(cè)試評(píng)估。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)及對(duì)比、理論分析、仿真等，認(rèn)定特大橋信號(hào)電纜雷電及抗干擾綜合防護(hù)具有實(shí)效性，大橋電纜“分段單端接地”后，信號(hào)電纜屏蔽層接地電流平均減少41%，大橋“隱蔽性單端接地”透明化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

［1］吳運(yùn)熙．鐵道信號(hào)抗電力牽引電路的干擾［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1992.

［2］中華人民共和國(guó)鐵道部．現(xiàn)代鐵路信號(hào)技術(shù)［M］.成都:西南交大出版社2011.

［3］中華人民共和國(guó)鐵道部．鐵運(yùn)【2006】26號(hào).關(guān)于印發(fā)鐵路信號(hào)設(shè)備雷電及電磁兼容綜合防護(hù)實(shí)施指導(dǎo)意見(jiàn)的通知，2006.

［4］中華人民共和國(guó)鐵道部．運(yùn)基信號(hào)【2007】535號(hào).關(guān)于印發(fā)鐵路信號(hào)設(shè)備雷電及電磁兼容綜合防護(hù)舉例設(shè)計(jì)的通知，2007.