高速铁路信号电缆不同接地方式受电磁影响分析

常媛媛

高速铁路信号电缆负责在地面信号子系统间传送数据、信息及电能，其自身所受的电磁影响，一定程度上决定着信号设备和控制装置之间信息能否正确送达。因此，在进行信号电缆接地设计时，必须考虑电磁防护问题。

高速铁路采用大功率牵引供电系统，与既有普速线路相比，一方面牵引电流增加较大;另一方面，由于采用整体道床，其钢轨对地漏泄电阻也要大得多，这将使钢轨电位在过车时升高。此外，高速铁路信号电缆传送的信息还有电平低、电流小、灵敏度高的特点，这些因素都将使信号电缆受电磁影响敏感度增加。

《高速铁路信号工程施工质量验收标准》4.5.3的规定:信号电缆的钢带、铝护套、内屏蔽护套连通后应单端接地;电缆单端接地的每段长度不超过3 km，当超过时，中间应采取地面接续盒的方式单端接地一次。

但目前，对高速铁路信号电缆外皮单端接地后的效果，信号电缆芯线受电磁危险干扰和危险影响的程度，都需通过现场的实际测试来得到答案。

1 信号电缆单、双端接地受电磁影响现场测试及分析

依据津秦客专信号电缆的铺设条件，为方便测试，选取3 km长的信号电缆，保证双端外皮能够打开和接地。所选电缆在靠近牵引变电所的位置，且在供电臂一侧，以得到牵引供电系统对信号电缆电磁危险影响较大的测试结果。外皮单端接地和双端接地同时进行电磁危险影响的测试。

1.1 测试内容

1.信号电缆单端接地方式下，测试芯线感应纵电势和外皮感应纵电势。

2.信号电缆双端接地方式下，测试芯线感应纵电势及外皮感应电流。

3.分析单、双端接地芯线感应纵电势的差异。

1.2 测试标准

GB 6830-86《电信线路遭受强电线路危险影响容许值》标准规定，强电线路正常运行状态下，通信导线上纵电势容许值为60 V;故障状态下，纵电势容许值为430 V。

1.3 测试方法

依据GB/T 13998-92《电信线路感应纵电势和对地电压、电感应电流及杂音计电压的测量方法》进行。

1.4 测试方案

1.行车状态下，将信号电缆芯线及外皮远端单端接地 (测试仪表在近端)，测试示意图如图1所示，测试外皮感应纵电势和芯线感应纵电势;同时记录过车时牵引电流 (牵引变电所记录)及过车速度 (据行车计划)。

2.将该信号电缆远、近两端接地 (测试仪表依然在近端)，测试示意图如图2所示，测试外皮感应电流和芯线感应纵电势;同时记录过车时牵引电流及过车速度。

3.测试感应纵电势时，电压表高阻接地;测试外皮双端接地电流时，将测试端外皮接贯通地线，通过电流环和电流传感器接入电流表测试感应电流。

图2 双端接地测试示意图

2 测试结果及数据分析

测试得到近70趟车的单端接地数据，通过对测试数据进行分析，得到远端单端接地时，芯线感应纵电势变化如图3所示。

图3 远端单端接地时芯线感应纵电势随机车取流变化情况

由图3可以看出，单端接地时，芯线感应纵电势随机车取流变化的线性拟合曲线斜率约为0.02。实际测试电缆长度2.7 km，因此计算每千安牵引电流引起的单位长度信号电缆芯线感应纵电势值为7 V，即牵引电流每增加100 A，单位长度信号电缆芯线感应纵电势增加0.7 V。

测试双端接地信号电缆芯线感应纵电势60余组，得到信号电缆芯线感应纵电势变化曲线及外皮分流，分别如图4、图5所示。由图可以看出，双端接地时芯线感应纵电势，明显低于单端接地。

图4 双端接地芯线感应纵电势随机车取流变化情况

经过线性拟合，在双端接地时，信号电缆外皮和牵引电流的分流关系，每千安的牵引电流，在信号电缆外皮双端接地时外皮分流约为5.5 A。单、双端接地对比如图6所示。

图5 双端接地外皮感应电流变化情况

图6 单、双端接地感应纵电势随机车取流变化情况对比分析

例如，同样在牵引电流1000 A的情况下，外皮单端接地时，芯线感应纵电势值为20.4 V，而外皮双端接地时，芯线感应纵电势值约为11 V。这说明外皮双端接地对芯线的电磁屏蔽作用明显，从减小芯线感应纵电势的角度来说，外皮接地应采用双端接地。根据屏蔽系数的经典计算公式，所测信号电缆的屏蔽系数约为0.5。

3 结论及建议

研究高速铁路牵引供电系统对信号电缆的电磁干扰和危险影响，是高铁建设新时期铁路电磁兼容工作的重要内容之一。通过进行现场实测对比，可以看到:①信号电缆双端接地时，芯线感应纵电势的数值明显小于单端接地;②目前高速铁路采用信号电缆单端接地，是出于双端接地时，由于贯通地线回流不畅或者贯通地线断路，使信号电缆外皮对钢轨回流的分流过大造成电缆的烧毁，而并非是因为单端接地的“屏蔽”效果比双端接地好。

根据现场测试的实际情况，结合相关理论分析，给出以下建议。

1.高速铁路综合贯通地线应保持回流畅通，以避免断线造成对接地电缆及设备的瞬时脉冲电流冲击，引起电缆外皮烧损或者接地点附近设备故障、误动作。如果贯通地线发生断路，则在信号电缆外皮上就会产生很大的钢轨回流，该回流可使电缆外皮烧损;如果贯通地线保持全线贯通，电缆双端接地是安全的，不会发生电缆烧损的现象。

2.对于信号传送可靠性要求较高的电缆，尤其需要注意纵向感应电动势对芯线的影响。对于短的信号电缆，可采用单端接地方式，同时在信号电缆外皮不接地端加装过电压保护器，或同等相关装置设备，防止不接地端因为感应电压过高，造成绝缘击穿、损坏电缆设备或危及人身安全。

3.对于长的信号电缆，如果位置跨越AT所或牵引变电所的两侧，由于同一时刻网上牵引回流方向相对于信号电缆方向相反，对信号电缆的电磁影响相对较小，可以采用分段单端接地的方式，同时在不接地端加装过电压保护器或其他过电压保护装置;如果位置在牵变所或者AT所一侧，则电缆应采用双端接地方式，或者分段双端接地;对于传送模拟量，如电压量，纵向感应电势对其影响明显，信号电缆应采用双端接地的方式，对芯线进行屏蔽保护，避免芯线感应纵电势过高引起终端接收设备的误动作。

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