铁路客运专线对电信机房的地电位影响

2010-09-26 09:14代勇张育明

铁路技术创新 2010年1期

■ 代勇张育明

铁路客运专线对电信机房的地电位影响

■ 代勇张育明

国内外就电气化铁道所引起的地电位升对通信系统的电磁干扰研究由来以久，目前还存在两方面问题：一是由于各国铁路电力机车（动车）运行机制不同，国际上对地电位升限值还没有统一标准；二是高等级铁路技术的快速发展，尤其是近年我国客运专线及城际铁路的大规模建设，引起的地电位升的问题，加剧了信息产业等弱电部门的疑虑，因此有必要开展针对性、探索性的分析。

1 地电位产生的原因

交流电气化铁道是以钢轨为回流导体的不平衡供电系统，电流从牵引变电所流经接触网，沿接触导线传输到电力机车后再流经钢轨，最后返回到牵引变电所。返回到牵引变电所的电流中有部分由大地回流，又称为地电流。在地电流的作用下，地面一定范围内将形成不等的地电位差，这个电位差将可能导致通信局（站）接地装置和通信导线间产生电位差，严重时可导致设备故障或损坏。

电气化铁道的入地电流大小与供电系统制式（直供、单设回流线、BT、AT等），牵引电流大小，单线或复线铁道、钢轨与大地之间的过渡电阻等多种因素有关。

2 客运专线入地电流产生的地电位

2.1 地电位计算与分析

电气化铁道所引起的地电位升与电力机车的运行状态密切相关，随接触网中实际电流的变化而变化。当供电臂中没有机车运行时，则不存在泄漏电流，亦不会改变附近大地的电位。

假定坐标系平行钢轨方向为x轴，垂直于钢轨方向为y轴（见图1）。当机车电流进入钢轨后，将在P点（坐标原点）沿钢轨向钢轨两侧流动，在流动过程中向地中泄漏电流。钢轨中电流在M点形成的电位为：

图1 电力机车泄漏电流产生的地电位

考虑钢轨对地电位的屏蔽作用，则入地泄漏电流在M点产生的电位为：

式中：γg——钢轨-大地回路的传播常数（l/m），取值见表1；

I1——牵引电流（A）；

λ——钢轨屏蔽系数；

Ω（μ，ν）——特殊函数；

σ——大地导电率（s/m）。

假设某数字式电信机房位于客运专线附近，由于客运专线高架桥比重远高于普通铁路，设该机房位于桥梁地段，其与最近铁路桥墩的距离为：x=10m，y=20m；

设所处供电臂内的牵引电流 I1=1000 A；该区段的平均大地导电率：

相应的γg取值为1.21×10-3∠35°7′；

钢轨屏蔽系数为0.33；

并查Ω（γgx，γgy）函数曲线可知：

代入公式（1），可得Um=13.7V。

铁路客运专线多采用自耦变压器供电方式（简称AT供电方式），轨道系统采用整体道床技术，钢轨系绝缘安装，同时集合信号、通信、电力、牵引供电、接触网、综合调度等系统的接地，即采用综合接地技术。根据武广高速铁路试验段对入地电流所做的测试结果，在铁路高架桥地段，通过桥墩接地系统流入大地的电流仅为牵引网电流的0.02%～0.05%，远小于直接供电方式下路基地段的比例，由此而导致的地电位升也势必将远小于理论估算值。

2.2 地电位的实时监测

我国信息产业部等权威部门曾针对高密度、大电流、高速度的有关铁路线，如既有京广、湘黔线和合武客运专线等铁路进行了现场模拟实验及实时监测，获得了数以万计的电气化铁道在正常运行时地电位升的原始测试数据，并通过理论计算值与实测值对比，证实实测值的可靠性。

为了获取相关的技术资料，为铁路电气化引起通信局（站）地电位升的理论计算提供准确数据，根据设计要求，一般在已开通电气化铁道的通信局（站）中，选择两个通信局（站）作为试验监测点。被选的通信局（站）同时具有离电气化铁道距离近、大地导电率不相同及在监测点可以直观机车运行情况三大特点。测试主要采用VC-1地电位升监测仪，地电位监测系统结构见图2。

从理论上分析，要测试某点的地电位，必须选取在无穷远处相对的零电平作为参考点，但在实际工程测试中无法做到。由于电气化铁道泄漏电流引起的地电位横向衰减很快，因此在实际操作中只要保证辅助地网距铁路的距离大于2倍通信局（站）距铁路的距离，即可以认为此辅助地网的地电位为零。以电信支局为例，使用4根1m长的钢纤，分别打入地下约1m深处，钢纤间隔应保持2m以上，即形成辅助地网。确认辅助地网连接牢固后，用一根多股铜芯线将其牵引至监测仪输入1上，作为监测仪的一个输入。地电位测试示意图见图3。