牵引供电系统对铁路信号系统的电磁干扰分析王化新

牵引供电系统对铁路信号系统的电磁干扰分析王化新
发布时间：2021-03-03T15:58:53.630Z 来源：《基层建设》2020年第28期作者：王化新
[导读] 摘要：现代的电气铁路中，电子元件设备在信号系统占比越来越多，因此而带来的电磁干扰问题已经对铁路的安全可靠运行造成越来越重要影响。

北京西电务段北京 100070
摘要：现代的电气铁路中，电子元件设备在信号系统占比越来越多，因此而带来的电磁干扰问题已经对铁路的安全可靠运行造成越来越重要影响。

铁路牵引供电系统因为电磁干扰带来的信号系统安全隐患，是威胁正常运行的重要因素之一。

因此本文主要是以电磁干扰作为研究方向，重点探讨牵引供电系统产生的电磁干扰问题，分析对铁路信号系统带来的影响。

通过对牵引供电系统的电磁干扰类型和特点进行研究，之后提出了减少电磁干扰的针对性对策和建议。

关键词：牵引供电系统；铁路信号系统；电磁干扰分析
目前电气化铁路中采用牵引供电方式，有效提升了铁路系统的供电速度、效率和效果。

但牵引供电方式也成为影响铁路信号系统正常运行的主要干扰源。

如果不能有效优化牵引供电体系，将会带来铁路信号设备烧毁、发出错误指挥信号甚至造成严重的铁路安全事故。

因此本文以电磁干扰作为研究方向，重点探讨牵引供电系统产生的电磁干扰问题，分析对铁路信号系统带来的影响。

1 铁路电磁干扰及牵引供电系统
1.1电磁干扰
电磁干扰简称为RMI，就是指因电磁干扰而导致设备装置、信号传输、系统运行出现性能下降的情况。

信号系统是铁路的“大脑”，主要设备是弱电系统，工作环境主要处于强电系统中，电磁干扰带来的问题比较突出。

铁路信号系统的电磁干扰主要有：一是牵引供电系统中接触网的电压较高。

国内的额定电压是25千瓦。

二是牵引供电系统中的电流处300-1000安培左右，重载线路的牵引电路电流甚至会达到1500安培左右，电流较大。

三是电气化铁路机车在运行条件下，电磁辐射和谐波产生较多等，这主要是因为其负载具有大容量、非线性和波动剧烈的特点，导致电磁干扰的辐射较强。

电气化对铁路信号系统带来的干扰体现在三个方面：一是传导干扰。

就是一种会跳跃产生的干扰信号。

在一个电网络上导电介质以谐波干扰的耦合形式对另一个电网络产生影响。

二是感应耦合干扰。

三是辐射干扰。

作为空间耦合干扰类型，感应耦合和辐射干扰就是指干扰源是借助于空间内的传播，把一种信号干扰传播，从而影响另外的电网络。

电气化干扰会直接影响铁路信号的正常工作，主要表现为：牵引电路引起的地电位上升，牵引电流出现不平衡导致的干扰、接触网高压电磁感应和牵引电流引起的工频磁场、电力机车的受电弓在受流工作中产生的辐射电磁干扰等等。

2牵引供电系统电磁干扰分析
2.1 传导性干扰
传导性电磁干扰，主要是由牵引电流回流造成。

铁路信号系统采用的是双轨条轨道电流，信号设备是安装的扼流变压器，位置处于钢轨绝缘处用来连接钢轨。

在正常工作中，牵引电流会通过两条钢轨，并以扼流变压器的下部线圈、中心抽头、另外一个扼流变压器上下部线圈的顺序，再次流入到铁路的两条钢轨中。

如果扼流变压器的上下部线圈因为匝数相同，在两个线圈中产生的磁通量也就会一样，而方向相反的牵引电流，此时牵引电流中就不会存在磁通量，感应电势在信号线圈上也就不存在，就不会给铁路信号系统带来电磁影响。

在实际工作中，两条铁路钢轨中产生的牵引电流不会是完全一样的。

这样就会导致扼流变压器中的磁通量产生，让牵引电流变得无法平衡，干扰电压就会出现。

这种情况就是因为牵引电流不平衡导致出现电压不平衡。

牵引电流是主导因素，牵引电流不平衡的系数如果超过5%，就很容易产生轨道电路元器件烧毁等故障，对铁路信号设备造成干扰。

产生不平衡牵引电流的原因主要有：一是设备材质和环境变化导致。

如果电力机车牵引供电系统中的设备材质和环境不同，就会让两根钢轨线路、扼流变压器传输阻抗和牵引电流大小都出现不对称。

这种不对称有横向和纵向两种，会让牵引电流不对称分布在两条钢轨线路上。

产生的原因有可能是：钢轨材质被磨损或者被腐蚀、连接扼流变压器的线缆长度不同导致有效电阻出现区别、铁路轨道的柜体绝缘电导不对称、钢轨材质和连接件材质不一致、不同区域土壤的感抗不对称、轨道曲线时内外轨道阻抗不一致等。

二是施工工艺和日常维护保养导致。

在钢轨施工中出现了轨道端接续线和箱盒连接线没有有效紧固、出现折断、被盗丢失，扼流变压器中连接线端子松动、接触不良、受氧化后接触电阻加大等等，都会到来钢轨电流不平衡从而影响信号设备。

三是两根钢轨的对地泄漏不相等、不平衡。

主要是铁路路基南面阳光直射时间长，在雨雪等天气下两条钢轨下面的土壤干湿状态、地基解冻时间存在差别、钢轨的一侧铺设了较长的金属管、金属管护套电缆等。

2.2感应性干扰
牵引供电系统对铁路信号系统的感应性电磁干扰主要是因为，电力机车在工作运行中，电力系统的电网波动、电机升弓等造成电压出现畸变波形，其中就会有高次谐波，这些谐波产生感应作用，导致信号系统的控制信号相位出现变化，二元二位继电器有可能出现误吸现象。

这种情况非常危险，会造成撞车等极端事故。

如果谐波电流造成信号系统中的轨道电路区间显示失误，表示是列车占用，而实际轨道上并没有列车，这就会导致无法安全可靠控制信号系统，区间内列车不正常，减低列车运行效率。

电力机车的接触网和规定的电流在高负荷下达到4000安培的高位时，会让电磁场相应增加，从而导致线路信号设备内部受到的电气应力加大，更容易发生故障。

这些情况都说明感应性干扰会导致铁路信号系统的安全可靠、实际应用受到较大影响。

2.3信息化干扰
牵引供电系统的信息化电磁干扰主要表现为信号系统的信息传输过程中、信号系统操作电脑以及其他连锁相关的闭塞电子设备造成的干扰。

牵引网产生大量的电磁场，利用辐射、耦合的方式，信号系统信息传输的通道系统中会有大量的感应电动势，从而出现随机噪声增多、信号无法正常传输；牵引电流不断增加会导致杂音电压、纵向电动势也不断加强；会导致信号系统的自动闭塞发送和接受设备、电脑监控检测设备、设备集中管理调度、电码化设备使用、电源系统、列车自动控制运行系统的应答仪器等多种设备受到信号干扰。

在牵引电流的变化非常剧烈时，这种信息化干扰会出现瞬间突变的情况，比如牵引电流导致相位抖动、脉冲噪声、信号中断或者大幅度跳跃、信号出现连续误码、信号错误输出等等。

2.4地电位升的干扰
地电位升是一种现象，是在牵引电流借助钢轨回流中，因为钢轨和大地之间存在的泄漏，进入大地中的情况。

在牵引电流增大时，地
电位就会随着增加。

这种地电位升的情况，会出现反向窜入信号系统，让系统中的地线电网受到影响。

信号系统计算机控制的数字系统，会出现干扰工作地线逻辑电位的情况发生，让信号系统无法可靠运行。

特别是在短路故障发生下，牵引网瞬间电流急剧增大，短路点附近的地电位升高过大。

此时如果短路点位于信号楼附近，就会直接烧坏信号系统的有关设备、让计算机联锁系统的逻辑输入受到影响，信号系统无法正常工作。

3有效降低牵引供电系统对铁路信号系统电磁干扰的技术对策
信号系统在设计中，要和电力系统、电气化系统结合，都要优先选用降低电磁干扰的设计方案。

铁路在信号楼、行车室的选址建设中，要避免周边附近范围内有比较高大的建筑物、配电室，间距必须要超过50米；受到地形条件的限制无法有效满足50米的间距时，要让信号系统的接地装置远离，最好是和变电所等建筑物的避雷针接地装置有20米以上的间距。

信号楼不要使用高层建筑结构，信号系统区间的相关电子设备装置，如CTC设备、连锁主机、电脑检测系统主机和点式应答设备等等要位于设置法拉第笼的专业房间中。

信号系统的电脑不要设置在底部第一层和建筑的最高层，在第二层为宜。

信号系统的设备选型中，车站更新或者新建，最好都采用最新型的BES扼流适配变压器。

并给轨道电路接收、输入端配置合适的抗干扰适配器作为第一滤波器，对较大不平衡牵引电流带来的冲击干扰进行90%以上的滤波，避免不平衡电流的负面影响，保证铁路的信号系统电路正常工作。

在电气化区段的信号系统改造中，对线路负荷较大、牵引不平衡电流脉冲值较高的区域、变电所所在区段都应该增加适配器。

信号系统的电源屏要选用具有输入和输出过压、欠压、限流等保护功能的设备，能适应电磁污染比较大的工作环境，稳定高质量地输出电源，不会干扰其他比较敏感的电子信号设备。

信号系统的施工建设中，采用悬浮施工工艺来建设室内屏蔽网，通过设计中不连通到综合地线，采用法拉第电笼、线缆屏蔽网的实现，有效减少了感应干扰和辐射干扰。

连锁电脑的逻辑地也悬浮，就能有效减少地电位升带来的影响，减少计算机逻辑出现错误。

钢轨连接线、箱盒连接线和各类电缆施工中，细节处要提高施工标准，比如轨道眼的距离、大小，螺丝的垫片、安装松紧度等都要标准，从而避免对信号设备的影响。

参考文献：
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