电力牵引区段接触网对信号电缆影响的计算及探讨.pdf

0 髟 蚋 0 0 ll 0 0 0 IlIl llll0 0 0 _ - 技 术交 流0 一 囊 ： ， 。 + ， f t ： 电力牵引区段接触网对信号电缆影响的计算及探讨 蔡 家军 ( 中铁二院武汉勘 察设计研 究院有限责任公司，武汉4 0 0 7 0 ) 摘要：电力牵引区段接触网的电压和 电流，在其周围空间产生连续分布的交变电 磁场对信号电线路 产生影响 。结合工程实例 ，介绍直接供 电方式接触 网对信号 电缆的磁 感应影响的计算及信号设备的 防护 。 关键词 ：接触 网；磁 感应 ；信号 电缆；影响 Abs t r a c t ：Th e vo l t a g e a n d c ur r e nt of t he c a t e n a r y i n e l e c t r i c t r a c t i o n s e c t i o n wi l l a ffe c t t he s i g na l c a b l e s b e c a u s e of t he c o n t i n u ou s di s t r i b ut i o n o f t he a l t e r na t i n g e l e c t r o m a gn e t i c fie l d ge ne r a t e d i n i t s s u rro un d i n g a r e a By c o mb i n i n g wi t h p r a c t i c a l e n g i n e e r i n g c a s e s ， t h i s a r t i c l e i n t r o d u c e s t h e me a s u r e me n t a n d p r o t e c t i o n me a s u r e s t o the i n f l u e n c e o n ma g n e t i c i n d u c t i o n o f t h e s i gna l c a b l e s f r o m t h e c a t e n a r y wi t h d i r e c t p o we r s u p p l y Ke y wo r d s ：c a t e n a r y ； ma g n e t i c i n d u c t i o n ； s i g n a l c a b l e s ； I n fl u e n c e DoI ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 3 4 4 4 0 2 0 1 2 0 6 0 2 1 随着社会经济 的发展 ，对铁路运能及环保提 出 更高的要求 ，铁路 的电气化发展是必然的趋 势。电 力牵引区段接触 网的电压 和 电流，在其周 围空 间产 生连续分布的交变电磁场对信号电线路产生影响。 列车运行时，机车由接触网受流，牵引电流经钢轨 和大 地 流 回牵 引变 电所 ，接 触 网供 电方式 是 “ 导 线一 大地 ”不平衡供 电，会对轨道 电路产生干扰 ， 同时牵引电流在悬挂的接触 网周围产生强大的交变 磁场，对其 附近信号 电缆及信号设备产生强大的 电 磁影响。如图 1 所示，此电动势沿信号电缆纵向分布 ， 电压大小与电缆长度成i t ! L ，称为磁感应纵电动势。 K 一 接触网 ；A 一 信号电缆 ；， K 一 接触网电流 ； 一纵电动势 ； ， A 一感应 电流 。 图1 接触网磁影响原理图 磁感应纵电动势可引起下列危险影响。 1 )使运营、维修人员产生接触危险。 2 )使信号设备遭受破坏的危险 ( 击穿绝缘、烧 毁设备 ) 。 3 )使信号设备错误动作 的危险 ( 错误控制 、错 误表示、错误解锁) 。 结合工程实例 ，介绍直接供 电方式接触 网对信 号 电缆的磁感应影响的计算及信号设备的防护 。 1 计算依据 1 ) 铁路信号设计规范 ( T B 1 0 0 0 7 - 2 0 0 6 )强 制规定 ： “ 受接触 网的 电磁 影响 ，在信号 电缆的 同 一 芯线上 ，任何两点间的感应纵 电动势 ( 有效值 ) 应满足 下列要 求 ：接触 网正常供 电条件 下不大 于 6 0 V ； 接触网故 障状态下不大于 电缆直流耐压试验 的 6 0 或交流耐压试验的 8 5 。 ” 电气化牵引区段需对信号 电缆的 电气化干扰影 响进行计算来确定信号电缆防护措施。 2 ) 铁路数字信号 电缆第 1 部分 ： 一般规定 ( TB T 3 1 0 0 1 2 0 0 4 )5 2 2条 ： “ 信号 电缆实验电 压不低于 AC 2 5 0 0 V。 ” 3 ) 铁路数字信号电缆第 3 部分 ： 综合护套铁路 数字信号 电缆 ( TB T 3 1 0 0 3 - 2 0 0 4 )5 2条 ： “ 综合 护套铁路数字信号电缆的理想屏蔽系数应不大于 0 8 。 ” 4 )T B T 3 1 0 0 4 - 2 0 0 4 铁路数字信号电缆第 4 部分 ： 铝护套铁路数字信号电缆 5 3 条 ： “ 铝护套 铁路通信信号工程技术( RS C E ) 2 0 1 2 年1 2 月，第9 卷第6 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 。 两鲫 翩呻譬 叠 0 。 0 0 铁路数字信号 电缆的理想屏蔽系数应不大于 0 2 。 ” 5 )接触网专业提供的单线铁路牵引电流数据 如下。 接触网正常工作 时，电流 I = 5 0 0 A ； 接触 网短 路接地时，I s = 2 0 0 0 A，大地导 电率 8 =1 0 。 Sm ； 牵引供 电系统 采用 单相 工频 ( 5 0 Hz )2 5 kV交流 0 - 0 0 。 0 0 0 。 誊 0 。搦 魄 制、带回流线的直接供 电方式。 6 )根据站场专业提供的站场平面图简化的单线 铁路 中间站信号平面示意 图 ( 如图 2所示) 。 7 )磁感应纵 电动势的计算公式及 5 0 H Z 感 抗诺模图。 磁感应纵 电动势的计算公式如下。 b。 接近段长度l p- -1 1 k m；l p 2 =1 2 k m 图2 单线铁路中间站信号平面示意图 接触网直接供 电方式正常运行时 ： E =芝g O 1 p i d E = 一 l 式中，n 广接 触网电流、电压的角频率 ( r a d s ) ， = 2 兀 -厂； i5 0 Hz时接触 网与信号 线路问第 i 段互 感系数 ( H k m)； ， 。 i 接触 网与信号 线路 间第 i 段接近段 长度 ( k m)； 厂一接触网等效牵引电流 ( A) ； 5 0 Hz 时接近段 内各种接地导体的 电磁综 合屏蔽系数 ； 厂 接触网电流、电压频率 ( Hz ) 。 接触网短路接地时 ： M i， d 式中， s 接触网短路 电流 ( A) 。 2 计算参数的选择及说明 以单线铁路中间站为例 ，对计算 中的各参数进 行计算及说明。 由于信号楼有综合接地装置 ，计算一个咽喉的 信号 电缆磁感应纵 电动势。 互感 系数 值 指 影响 回路 ( 接触 网、强 电线 路、大地 回路)与被影响回路 ( 信号线路 、大地 回 路)间的互感系数。M值与影响、被影响回路问的 接近距离及火地导 电率 ( 6 )有关，信号电线路与接 触 网线路 的相对位置使信号 电线路产生危险或干扰 影响时称 为接近。接近距离 ( )小 时，则 值增 大，接近距离大时，则 M 值小 ； 大地导 电率愈高 ， M值越小。根据大地导 电率和接近距离可在 5 0 I z 互感抗诺模图中求得 M 值。 接触网专业提供的大地导电率 8 = 1 0 S m ； 当两线路接近的距离变化不超过其算术平 均值的 5 时，称为平行接近，则 口 =a i ，沿线电缆 般均埋设在路基边坡外 ，按平行接近段计算，接触网 与信号 电缆线路的间距 约为 5 m。这里取 a =5 m。 一一 根 据 值 的计 算 图表 得 到 =l l 0 0 1 0 H k in。 ， f】 根 据接 触 网专 业提 供 的 资料 ： 接 触 正常工作 时，电流 I = 5 0 0 A ；接触 网短路接地 时， L= 2 0 0 0 A。接触网正常供 电状态下 ，计算对信号电 线路的危险影响时 ，其等效牵引电流按下式计算 ： 川 = l F I 。 式中 ： 接近段内第 J 区间接触网电流 ( A)； 对应第 区间的接触网长度 ( k m)； 接近段内的区间数。 本 次 计算 将 上 式简 化 ，其 等效 牵 引 电流 5 00 A 。 接触 网的 电压 频率 为 5 0 H z ，得到 m= 23 1 45 0 =3 1 4 r a d s： f 接近段长度 ( f 【 】 )为信号 电线路接近段 接触网线路上的投影长度 。由于信号电缆接近平行 铁路通信信 号工程技术( RS C E ) 2 0 l 2 年1 2 月 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 可 以将举例站左 咽喉分成两段接 近长度 ，一段为预 告信号与进站信号机之间单线铁路线 l p l ，一段为进 站信号机与信号楼之间的站场 内铁路 z 。 卜电磁综合屏蔽系数 ； K = k X 九X v 。 尼 环境综合屏蔽系数 ；目前尚无测定或批准 的数据，计算时取 k -= l 。 九 钢轨屏蔽系数。 在一般情况下单线铁路 ： X = 0 5； 双线铁路 ： L = 0 4 ，站场内 ： L = 0 3 5 。 从 举 例站 简易 信号 平面示 意 图可知 ，l p l 对 应 九 1 = 0 5 ，f p 2 对应 M= 0 3 5 。 广电缆屏蔽系数。 根据 TB T 3 1 0 0 3 - 2 0 0 4 ，综合护套铁路数字 信号电缆的理想屏蔽系数不大于 0 8 。 取 Y z =0 8 。 根据 TB T 3 1 0 0 4 2 0 0 4 ，铝护套铁路数字信 号 电缆的理想屏蔽系数不大于 0 2 。 取 y l = 0 2 。 综合护套 电磁综合屏蔽系数 - 、 z ： Kz l =k X九 1 X丫 =l0 5 X 0 8 =0 4。 Kz 2 =kx九 2 x y z =l0 3 5 X 0 8 =0 2 8 。 综合护套 电磁综合屏蔽系数 Kl l 、K I 2 ： Kn =k X九1 y l =1 0 5 X 0 2 =0 1 。 Kt z =kx九 2 X Y t =10 3 5 X 0 2 =0 0 7 。 3 计算结果 将 以上系数代人磁感应纵 电动势的计算公式可 得如下结果 。 1 )接触网正常运行时，综合护套铁路数字信号 电缆上产生的磁感应纵 电动势 E ： H 1 = X M l p i ， d K f =1 ( -0M ， p l X Kz 1 + ) X M X， p 2 I d X Kz 2 = 1 3 4 V 2 )接触网短路接地时，综合护套铁路数字信号 电缆上产生的磁感应纵 电动势 晟 ： n 晟 1 M l p i K X M X l v l ， s X Kz 1 + X M X l p 2 X X Kz 2 =53 6 V 3 )接触网正常运行时，铝护套铁路数字信号电 缆上产生的磁感应纵 电动势 ： 善 M l p i 厶 K 0 9 X M p l ， 一 X Kt 1 + X M l p 2 X X 2 = 3 3 5 V 4 )接触网短路接地时，铝护套铁路数字信号电 缆上产生的磁感应纵 电动势 E s 2： E s 2 吾 M l p i I d K X M l o l X厶X Kt t +r _o X M l p 2 厶X Kl 2 = l 3 4 V 4 计算结果分析 根据 TB T3 1 0 0 1 -2 0 0 4 ，铁路信号 电缆实验 电压 不 低于 交流 2 5 0 0 V。在 接触 网故 障状态 下， 铁路信号电缆上磁感应纵电动势应不大于 2 5 0 0 8 5 =2 1 2 5 V。 以举例站为例，对接触网正常状态和短路状态 下的危险影响，通过计算，举例站干线电缆采用综 合护套 电缆超过 接触 网正常运 行时的标准允 许值 ， 需采用铝护套电缆才能满足规范要求。 5 防护措施 交流电气化铁路区段信号电缆线路及附属设备 可以采用 以下防护措施 。 1 )在有轨道 电路的区段上，为保证轨道 电路可 靠工作，接触网杆塔及沿线金属构件 的接地 线、吸 上线不允许直接接至钢轨，应接在扼流变压器中点 或空心线圈 中点 ，并满足轨道 电路的有关要求。 2 )电力牵引区段 ，高柱信号机等信号设备 外缘 距接触 网带 电部分的距离 不得小于 2 I n 。不能满足 时 ，切割信号机机构部分遮光板 ，若还不能满足要 求 ，采用加屏蔽网或改按矮柱信号机等措施解决。 3 )距 接触 网带 电部分 5 m 范围 内的金属结构 物必须接地。 4 )接触 网对信号电缆的危险影响不应超过规定 的允许标准 ： 在信号 电缆的同一芯线上 ，任何两点 间的感应纵电动势 ( 有效值)不应大于 6 O V ( 接触 网故 障状态下为 电缆直流耐压试验的 6 0 或交流耐 压试验的 8 5 ) 。 5 )交流电力牵引区段信号 电缆的金属护套应接 地。当为多根电缆时，其护套间应进行屏蔽连接。 6 )凡通过交流牵引电流的钢轨，钢轨接续线应采 用冷挤压或胀钉式的多股铜线，其截面不小于5 0 m m 2 。 ( 下转 8 0页) No 6 蔡家军 ：电力 牵引区段接触 网对 信号电缆影响的计算及探讨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 应匝 保 接 蓑 蓍 竺 辑 大 提 高 。 另 外 ， 避 免了 线 路 短 路、 断 路 、 绝 缘 特 性 信号接收通道示意图 差 1 t f 、 口 日 。 。 一一一 一 、 誊 芋 4 _3 ilJ 篡 妻 慕 电 外 ， 三 的 三 皇 竺 缆 芯 线 使 用 ， 釜 ： ， 二 篓 、 璧 传 竺 登 设 尊 田JJ 市II zj 成 测 ， ： 将 换 兰 耋 苎 通 ， 了 号 号 闭 塞 系 萎 匠 。 一 传 输 畅 通 ，并发出报警、监测信号 ，提示维护人员。 。 一 一一 一 。 4 1 提高了资源利用率 ，降低了工程投资 自动 闭塞光缆传输方式能空余出电缆芯线，提 高了电缆的使用率，部分工程甚至可取消敷设 电缆 费用 ，极大地降低了工程投资。 ( 上接 6 9页) 7 )采用非工频轨道 电路 防护 电力牵引 电流对轨 道电路的干扰。 6 结束语 通过对 电力牵引区段接触 网对信号 电缆影响的 计算，采用合适 的信号 电缆 ，保证运营、维护的安 全可靠。由于现场情况复杂多样，为了得出更切合 现场实 际情 况的参数取值 方法 ，建议在工程竣工、 运营后 ，对实 际信号 电缆使用情况进行设计 回访、 分析，总结经验。 面对我国电气化铁道迅速发展的新形势，必须尽 快组织科研、设计、施工、维修专业技术人员，研究 半 自动闭塞系统光传输方 式，作为传统信号 闭 塞模式的一种更新改造 ，在我 国铁路运行模式下必 能重行焕发青春 。 ( 收稿 日期 ：2 O 1 1 1 2 - 0 5 ) 电力牵引区段接触网对信号电缆线路的危险影响，制 定防护措施及维修标准 ，以降低电力牵引区段接触网 对信号 电缆及附属设备的危险影响 ，避免信号 电缆 线路及附属设备遭受损坏 ，保障铁路运输安全。 参考文献 T B 1 0 0 0 7 - 2 0 0 6铁路 信号设计规范 【 S 】 2 T B T 5 1 0 0 1 2 0 0 4铁路 数字信号 电缆 第一部 分 ： 一般规 定 S 】 【 3 T B T 5 I O 0 4 2 0 0 4铁路数字信号电缆第4 部分 ： 铝护套 铁路 数字信号 电缆 S 】 4 】 铁 道部通 信信 号总公 司研 究设 计院 铁路 工程 设计技 术 手册 信号 【 s 】S北京 ： 中国铁道 出版社 ，1 9 9 2 ( 收稿 E l 期 ：2 0 1 2 - 0 3 2 0 ) 铁路通信信号工程技术( RS C E ) 2 0 1 2 年1 2 月 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m