高速鐵路信號電纜不同接地方式受電磁影響分析

常媛媛

高速鐵路信號電纜負責(zé)在地面信號子系統(tǒng)間傳送數(shù)據(jù)、信息及電能，其自身所受的電磁影響，一定程度上決定著信號設(shè)備和控制裝置之間信息能否正確送達。因此，在進行信號電纜接地設(shè)計時，必須考慮電磁防護問題。

高速鐵路采用大功率牽引供電系統(tǒng)，與既有普速線路相比，一方面牽引電流增加較大;另一方面，由于采用整體道床，其鋼軌對地漏泄電阻也要大得多，這將使鋼軌電位在過車時升高。此外，高速鐵路信號電纜傳送的信息還有電平低、電流小、靈敏度高的特點，這些因素都將使信號電纜受電磁影響敏感度增加。

《高速鐵路信號工程施工質(zhì)量驗收標準》4.5.3的規(guī)定:信號電纜的鋼帶、鋁護套、內(nèi)屏蔽護套連通后應(yīng)單端接地;電纜單端接地的每段長度不超過3 km，當(dāng)超過時，中間應(yīng)采取地面接續(xù)盒的方式單端接地一次。

但目前，對高速鐵路信號電纜外皮單端接地后的效果，信號電纜芯線受電磁危險干擾和危險影響的程度，都需通過現(xiàn)場的實際測試來得到答案。

1 信號電纜單、雙端接地受電磁影響現(xiàn)場測試及分析

依據(jù)津秦客專信號電纜的鋪設(shè)條件，為方便測試，選取3 km長的信號電纜，保證雙端外皮能夠打開和接地。所選電纜在靠近牽引變電所的位置，且在供電臂一側(cè)，以得到牽引供電系統(tǒng)對信號電纜電磁危險影響較大的測試結(jié)果。外皮單端接地和雙端接地同時進行電磁危險影響的測試。

1.1 測試內(nèi)容

1.信號電纜單端接地方式下，測試芯線感應(yīng)縱電勢和外皮感應(yīng)縱電勢。

2.信號電纜雙端接地方式下，測試芯線感應(yīng)縱電勢及外皮感應(yīng)電流。

3.分析單、雙端接地芯線感應(yīng)縱電勢的差異。

1.2 測試標準

GB 6830-86《電信線路遭受強電線路危險影響容許值》標準規(guī)定，強電線路正常運行狀態(tài)下，通信導(dǎo)線上縱電勢容許值為60 V;故障狀態(tài)下，縱電勢容許值為430 V。

1.3 測試方法

依據(jù)GB/T 13998-92《電信線路感應(yīng)縱電勢和對地電壓、電感應(yīng)電流及雜音計電壓的測量方法》進行。

1.4 測試方案

1.行車狀態(tài)下，將信號電纜芯線及外皮遠端單端接地 (測試儀表在近端)，測試示意圖如圖1所示，測試外皮感應(yīng)縱電勢和芯線感應(yīng)縱電勢;同時記錄過車時牽引電流 (牽引變電所記錄)及過車速度 (據(jù)行車計劃)。

2.將該信號電纜遠、近兩端接地 (測試儀表依然在近端)，測試示意圖如圖2所示，測試外皮感應(yīng)電流和芯線感應(yīng)縱電勢;同時記錄過車時牽引電流及過車速度。

3.測試感應(yīng)縱電勢時，電壓表高阻接地;測試外皮雙端接地電流時，將測試端外皮接貫通地線，通過電流環(huán)和電流傳感器接入電流表測試感應(yīng)電流。

圖2 雙端接地測試示意圖

2 測試結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

測試得到近70趟車的單端接地數(shù)據(jù)，通過對測試數(shù)據(jù)進行分析，得到遠端單端接地時，芯線感應(yīng)縱電勢變化如圖3所示。

圖3 遠端單端接地時芯線感應(yīng)縱電勢隨機車取流變化情況

由圖3可以看出，單端接地時，芯線感應(yīng)縱電勢隨機車取流變化的線性擬合曲線斜率約為0.02。實際測試電纜長度2.7 km，因此計算每千安牽引電流引起的單位長度信號電纜芯線感應(yīng)縱電勢值為7 V，即牽引電流每增加100 A，單位長度信號電纜芯線感應(yīng)縱電勢增加0.7 V。

測試雙端接地信號電纜芯線感應(yīng)縱電勢60余組，得到信號電纜芯線感應(yīng)縱電勢變化曲線及外皮分流，分別如圖4、圖5所示。由圖可以看出，雙端接地時芯線感應(yīng)縱電勢，明顯低于單端接地。

圖4 雙端接地芯線感應(yīng)縱電勢隨機車取流變化情況

經(jīng)過線性擬合，在雙端接地時，信號電纜外皮和牽引電流的分流關(guān)系，每千安的牽引電流，在信號電纜外皮雙端接地時外皮分流約為5.5 A。單、雙端接地對比如圖6所示。

圖5 雙端接地外皮感應(yīng)電流變化情況

圖6 單、雙端接地感應(yīng)縱電勢隨機車取流變化情況對比分析

例如，同樣在牽引電流1000 A的情況下，外皮單端接地時，芯線感應(yīng)縱電勢值為20.4 V，而外皮雙端接地時，芯線感應(yīng)縱電勢值約為11 V。這說明外皮雙端接地對芯線的電磁屏蔽作用明顯，從減小芯線感應(yīng)縱電勢的角度來說，外皮接地應(yīng)采用雙端接地。根據(jù)屏蔽系數(shù)的經(jīng)典計算公式，所測信號電纜的屏蔽系數(shù)約為0.5。

3 結(jié)論及建議

研究高速鐵路牽引供電系統(tǒng)對信號電纜的電磁干擾和危險影響，是高鐵建設(shè)新時期鐵路電磁兼容工作的重要內(nèi)容之一。通過進行現(xiàn)場實測對比，可以看到:①信號電纜雙端接地時，芯線感應(yīng)縱電勢的數(shù)值明顯小于單端接地;②目前高速鐵路采用信號電纜單端接地，是出于雙端接地時，由于貫通地線回流不暢或者貫通地線斷路，使信號電纜外皮對鋼軌回流的分流過大造成電纜的燒毀，而并非是因為單端接地的“屏蔽”效果比雙端接地好。

根據(jù)現(xiàn)場測試的實際情況，結(jié)合相關(guān)理論分析，給出以下建議。

1.高速鐵路綜合貫通地線應(yīng)保持回流暢通，以避免斷線造成對接地電纜及設(shè)備的瞬時脈沖電流沖擊，引起電纜外皮燒損或者接地點附近設(shè)備故障、誤動作。如果貫通地線發(fā)生斷路，則在信號電纜外皮上就會產(chǎn)生很大的鋼軌回流，該回流可使電纜外皮燒損;如果貫通地線保持全線貫通，電纜雙端接地是安全的，不會發(fā)生電纜燒損的現(xiàn)象。

2.對于信號傳送可靠性要求較高的電纜，尤其需要注意縱向感應(yīng)電動勢對芯線的影響。對于短的信號電纜，可采用單端接地方式，同時在信號電纜外皮不接地端加裝過電壓保護器，或同等相關(guān)裝置設(shè)備，防止不接地端因為感應(yīng)電壓過高，造成絕緣擊穿、損壞電纜設(shè)備或危及人身安全。

3.對于長的信號電纜，如果位置跨越AT所或牽引變電所的兩側(cè)，由于同一時刻網(wǎng)上牽引回流方向相對于信號電纜方向相反，對信號電纜的電磁影響相對較小，可以采用分段單端接地的方式，同時在不接地端加裝過電壓保護器或其他過電壓保護裝置;如果位置在牽變所或者AT所一側(cè)，則電纜應(yīng)采用雙端接地方式，或者分段雙端接地;對于傳送模擬量，如電壓量，縱向感應(yīng)電勢對其影響明顯，信號電纜應(yīng)采用雙端接地的方式，對芯線進行屏蔽保護，避免芯線感應(yīng)縱電勢過高引起終端接收設(shè)備的誤動作。

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