市政電網(wǎng)對(duì)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的影響及其防護(hù)

王嘯波　鄭生全

(1.浙江眾合科技股份有限公司　杭州　310051；2.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司通號(hào)處　武漢　430000)

?

市政電網(wǎng)對(duì)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的影響及其防護(hù)

王嘯波1鄭生全2

(1.浙江眾合科技股份有限公司杭州310051；2.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司通號(hào)處武漢430000)

摘要針對(duì)市政電網(wǎng)線路的電磁干擾環(huán)境以及城市軌道交通信號(hào)設(shè)備的電磁兼容要求，根據(jù)電磁感應(yīng)的理論公式和相關(guān)工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，定性地分析市政電網(wǎng)線路在正常和故障工作狀態(tài)下對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的電纜、軌道電路、信號(hào)室內(nèi)設(shè)備的電磁干擾影響，提出電網(wǎng)和軌道交通等市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的綜合規(guī)劃和設(shè)計(jì)理念。為確保軌道交通運(yùn)營(yíng)的安全，結(jié)合理論計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出電力線路對(duì)信號(hào)系統(tǒng)電磁干擾影響的距離要求和防護(hù)方案。結(jié)論為：當(dāng)軌道交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備的干線電纜與市政電力供電線路的平行長(zhǎng)度大于1 km時(shí)，間距應(yīng)不小于20 m，否則考慮采用屏蔽電纜；車輛段/停車場(chǎng)與市政電網(wǎng)架空線路的平行長(zhǎng)度大于1 km時(shí)，間距應(yīng)不小于50 m，否則車輛段/停車場(chǎng)的軌道電路不能采用單軌條50 Hz相敏軌道電路；軌道交通正線的信號(hào)設(shè)備室/控制中心與市政電網(wǎng)的間距大于或等于20 m；車輛段/停車場(chǎng)信號(hào)樓與市政電網(wǎng)的架空線路的間距宜大于或等于50 m。

關(guān)鍵詞城市軌道交通; 市政電網(wǎng); 供電線路; 信號(hào)系統(tǒng); 電磁兼容; 保護(hù)設(shè)計(jì)

1研究背景

城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備的電磁兼容及設(shè)備保護(hù)設(shè)計(jì)往往只考慮了軌道交通內(nèi)部的電磁環(huán)境[1]，容易忽略市政電網(wǎng)的供電線路對(duì)軌道交通設(shè)備系統(tǒng)的電磁干擾和影響，主要因?yàn)樾盘?hào)系統(tǒng)供貨商未針對(duì)市政電網(wǎng)的影響進(jìn)行分析，同時(shí)軌道交通與電力系統(tǒng)又是由不同行業(yè)的設(shè)計(jì)院進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的，不能做到城市公共基礎(chǔ)設(shè)施整體規(guī)劃和設(shè)計(jì)的管理。

隨著我國(guó)軌道交通和城市基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)，城市軌道交通線網(wǎng)越來(lái)越密，市政電網(wǎng)的電力供電線路及管網(wǎng)也越來(lái)越多，城市地下空間有限，不可避免地造成城市軌道交通線路與電力供電線路及管網(wǎng)相距較近[2]，導(dǎo)致城市軌道交通的電磁環(huán)境也越來(lái)越復(fù)雜。

目前城市軌道交通和市政電網(wǎng)的工程設(shè)計(jì)尚無(wú)統(tǒng)一的協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)，即便有了統(tǒng)一的協(xié)調(diào)部門(mén)，也沒(méi)有電力線路與軌道交通線路間安全距離的設(shè)計(jì)依據(jù)及規(guī)范。

筆者通過(guò)對(duì)電力高壓輸送線路的電磁環(huán)境分析，旨在提出城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計(jì)已經(jīng)不只是軌道交通內(nèi)部的電磁兼容及防護(hù)，還應(yīng)考慮市政電網(wǎng)的電力基礎(chǔ)設(shè)施強(qiáng)大的電磁干擾環(huán)境；分析在電力供電線路與軌道交通線路相距較近時(shí)，如何考慮電力供電線路對(duì)信號(hào)系統(tǒng)及設(shè)備的安全防護(hù)。

2電磁干擾分析

2.1市政電力供電線路的電磁干擾分析

目前110 kV及以上三相電力電纜或高架電線供電回路一般選用3根單芯電纜或多股電線，當(dāng)電力線路不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)會(huì)對(duì)信號(hào)電纜產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁感應(yīng)影響。

當(dāng)電力線路正常運(yùn)行時(shí)，理想狀態(tài)下流經(jīng)三相電纜(或電線)的電流相位依次相差120°，電流的矢量和為零，但由于每根電力電纜(或電線)與信號(hào)電纜(或軌道電路)所處的幾何位置不對(duì)稱，三相電力電纜(或電線)的正常工作電流就會(huì)在信號(hào)電纜芯線(或軌道電路)上產(chǎn)生縱向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

電力線路發(fā)生故障主要有以下3種形式：

1) 電力線路相線斷線。當(dāng)三相電力線路的相線發(fā)生單相斷線時(shí)，非故障相流過(guò)的電流大小相等、方向相反，對(duì)外界產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)相互抵消，故在信號(hào)設(shè)備上產(chǎn)生的縱向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較??；當(dāng)三相電力電纜(或電線)的相線發(fā)生兩相斷線時(shí)，非故障相電力電纜(或電線)中的電流無(wú)法流通，不會(huì)對(duì)信號(hào)設(shè)備產(chǎn)生影響；

2) 電力電纜單相對(duì)屏蔽層短路或電線對(duì)地短路。在電力系統(tǒng)中，單相對(duì)地短路是最常見(jiàn)的故障形式。電力線路發(fā)生單相短路，是指電纜單相芯線對(duì)屏蔽層的短路或電線直接接地，流經(jīng)電力電纜屏蔽層或大地的短路電流會(huì)在信號(hào)設(shè)備上產(chǎn)生較大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；

3) 電力電纜兩相對(duì)屏蔽層短路或電線兩相接地。兩故障相流過(guò)的電流大小相等、方向相反，對(duì)外界產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)相互抵消，故在信號(hào)設(shè)備上產(chǎn)生的縱向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較小。

因此，分析市政電網(wǎng)供電線路對(duì)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的影響主要是分析供電線路正常工作時(shí)相對(duì)于信號(hào)設(shè)備的不對(duì)稱和單相故障兩種情況。

2.2電磁感應(yīng)原理

當(dāng)一條導(dǎo)線有電流通過(guò)時(shí)，在導(dǎo)線的周圍就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。如果導(dǎo)線通過(guò)時(shí)的電流不是恒定電流，而是隨時(shí)間變化的交變電流，那么在導(dǎo)線的周圍就會(huì)產(chǎn)生隨時(shí)間變化的交變磁場(chǎng)，其磁力線耦合鄰近導(dǎo)體，在鄰近的導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，或者說(shuō)由于通過(guò)交變電流的導(dǎo)線與鄰近導(dǎo)體間存在互感，兩者通過(guò)這種感性耦合在鄰近的導(dǎo)體上感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。由于鄰近的導(dǎo)體上因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)是沿著芯線軸向分布的，所以稱為磁感應(yīng)縱電動(dòng)勢(shì)。

電磁感應(yīng)定律及互感公式[3]為：

(1)

Φ=kI

(2)

Φ=BS

(3)

式中，e為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，Φ為通過(guò)導(dǎo)體的磁通量，t為磁感應(yīng)時(shí)間，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，S為面積，I為電力線路中的電流，k為電力電纜(或電線)及信號(hào)電纜(或軌旁設(shè)備)的感應(yīng)系數(shù)。k值與電力線路及信號(hào)設(shè)備的特性、屏蔽性能、相對(duì)位置、間距、現(xiàn)場(chǎng)周圍環(huán)境及介質(zhì)等有關(guān)，當(dāng)其他條件不變時(shí)，電力線路與信號(hào)設(shè)備的距離越大，k值越??；當(dāng)其他條件一定時(shí)，電力線路電流的變化率越大,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的值就越大。

由于k值的不確定性，電力供電線路對(duì)信號(hào)設(shè)備的影響很難通過(guò)理論公式直接計(jì)算，在實(shí)際應(yīng)用中通過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定k值，然后通過(guò)公式計(jì)算、分析找出最不利因素，在工程中確定信號(hào)設(shè)備對(duì)電力供電線路電磁干擾的防護(hù)。

在電力線路對(duì)電信線路電磁影響的理論公式計(jì)算方面，國(guó)際電信聯(lián)盟遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)化組織(ITU-T)的“防護(hù)導(dǎo)則”給出工頻條件下忽略架設(shè)高度和地埋深度時(shí)，無(wú)限長(zhǎng)和有限長(zhǎng)導(dǎo)線電感參數(shù)的計(jì)算表達(dá)式和計(jì)算數(shù)表[4]，但很難直接應(yīng)用公式計(jì)算電磁干擾數(shù)值，因此弱電系統(tǒng)對(duì)強(qiáng)電設(shè)備的電磁干擾都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),通過(guò)定性分析確定防護(hù)方案，而不能通過(guò)定量計(jì)算確定電磁干擾的程度后，再確定電磁干擾的防護(hù)方案。

3電力線路對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的電磁影響

市政電網(wǎng)電力線路的電磁場(chǎng)主要影響信號(hào)系統(tǒng)的信號(hào)電纜、軌道電路和信號(hào)室內(nèi)設(shè)備。電力線路對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的電磁感應(yīng)影響分為兩類：

1) 干擾影響。干擾影響是指當(dāng)電力線路正常運(yùn)行時(shí)，在信號(hào)設(shè)備上所感應(yīng)的電壓已足以影響信號(hào)設(shè)備的正常工作，如電纜數(shù)據(jù)傳輸誤碼、計(jì)算機(jī)輸入輸出信息產(chǎn)生錯(cuò)誤、破壞計(jì)算機(jī)的正常工作、軌旁設(shè)備的異常動(dòng)作和危險(xiǎn)動(dòng)作等；

2) 危險(xiǎn)影響。危險(xiǎn)影響是指當(dāng)電力線路故障時(shí)，在信號(hào)設(shè)備上所感應(yīng)的電壓已足以造成對(duì)人身的危害或毀壞信號(hào)設(shè)備，如擊穿信號(hào)電纜芯線與護(hù)套間的絕緣、威脅信號(hào)設(shè)備施工及維護(hù)人員的生命安全、損壞信號(hào)設(shè)備及儀表甚至引起信號(hào)設(shè)備室的火災(zāi)等。

3.1信號(hào)電纜的防護(hù)

在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電信線路遭受強(qiáng)電線路危險(xiǎn)影響的容許值》GB 6830—1986[5]與電力工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《輸電線路對(duì)電信線路危險(xiǎn)和干擾影響防護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)程》DL/T 5033—2006[6]中均規(guī)定了強(qiáng)電線路對(duì)臨近電信線路的干擾影響與危險(xiǎn)影響允許值，即：當(dāng)電力線路處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，信號(hào)電纜芯線上的磁感應(yīng)電壓的允許值為60 V；當(dāng)電力線路處于故障運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，信號(hào)電纜芯線上的磁感應(yīng)電壓的允許值為430 V。電力電纜正常工作時(shí)在信號(hào)電纜上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不大于60 V，主要是保護(hù)信號(hào)維護(hù)人員的人身安全；電力線路故障狀態(tài)下，在信號(hào)電纜上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不大于430 V，這是為了保護(hù)電纜終端設(shè)備的安全。

雖然上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)弱電電纜的防護(hù)要求已做明確規(guī)定，但對(duì)電力供電線路與信號(hào)電纜的距離并未做出規(guī)定。城市軌道交通內(nèi)部采用35 kV或10 kV的供電線路，由于軌道交通設(shè)計(jì)中尚無(wú)明確的電力電纜與信號(hào)及弱電電纜的安全距離要求。在軌道交通信號(hào)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中，地下隧道有條件時(shí)將強(qiáng)電電纜和弱電電纜沿隧道兩邊分設(shè)；在高架線路上，對(duì)采用10 kV供電的軌道交通線路，電力電纜與弱電電纜可在同側(cè)相距1 m以上敷設(shè)，對(duì)采用35 kV供電的軌道交通線路，電力電纜與弱電電纜要求敷設(shè)于軌道的兩側(cè)，直線距離大于3 m。這些數(shù)據(jù)都是地鐵信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，按照這一經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)電力電纜正常工作時(shí)，信號(hào)電纜芯線上的磁感應(yīng)電壓不會(huì)超過(guò)60 V；當(dāng)電力電纜處于故障運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，信號(hào)電纜芯線上的磁感應(yīng)電壓不會(huì)超過(guò)430 V的危險(xiǎn)值。

3.1.1隧道內(nèi)信號(hào)電纜的防護(hù)

城市軌道交通隧道內(nèi)的電力電纜與信號(hào)電纜在隧道兩側(cè)掛設(shè)[7]，當(dāng)市政電纜隧道與軌道交通電纜隧道平行且距離較近時(shí)，信號(hào)電纜處在電力電纜電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)內(nèi)。由于電力電纜在正常運(yùn)行狀態(tài)下的電流為1 kA左右，加上三相電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在信號(hào)電纜區(qū)域相互抵消一部分，且電力電纜為屏蔽電纜，考慮到軌道交通隧道和市政隧道的屏蔽系數(shù)，即便是兩個(gè)隧道距離較近，平行長(zhǎng)度較長(zhǎng)，正常運(yùn)行時(shí)在信號(hào)電纜上產(chǎn)生的縱向電動(dòng)勢(shì)也遠(yuǎn)小于60 V。

當(dāng)電力電纜為高架線路時(shí)，與地下電力電纜相比，只少了電纜的屏蔽系數(shù)，但空氣介質(zhì)的電導(dǎo)率低于大地介質(zhì)的電導(dǎo)率，相距20 m時(shí)信號(hào)電纜上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也不會(huì)超過(guò)60 V[8]。

當(dāng)電力電纜單相對(duì)屏蔽層短路時(shí)，瞬間短路電流較大，當(dāng)電阻一定時(shí)，電流與電壓成正比，220 kV電纜的最大電流為10 kV電纜的22倍。

根據(jù)電磁學(xué)可知，真空中長(zhǎng)載流導(dǎo)線附近的磁場(chǎng)強(qiáng)度為

(4)

式中：k為常數(shù),由電流頻率及試驗(yàn)檢驗(yàn)值確定；i為電流的有效值；r為感應(yīng)電流與被感應(yīng)導(dǎo)體間的距離。式(4)中的其他條件一定時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度與被感應(yīng)點(diǎn)到電流的垂直距離成反比例關(guān)系，隨著感應(yīng)導(dǎo)體與被感應(yīng)導(dǎo)體間距的增大，磁場(chǎng)強(qiáng)度逐漸減小。因此考慮到兩個(gè)電纜隧道的屏蔽作用，在最不利的情況下，要求電力電纜與信號(hào)電纜相距20 m，這是為保證電力電纜在故障狀態(tài)下，信號(hào)電纜上產(chǎn)生的最大縱向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不會(huì)超過(guò)430 V。

3.1.2高架線路信號(hào)電纜的防護(hù)

當(dāng)高架線路的信號(hào)電纜與地下電力電纜相距較近時(shí)，同樣要考慮電力電纜對(duì)信號(hào)電纜的電磁干擾影響。根據(jù)以上分析，與地下隧道的信號(hào)電纜相比，在20 m的距離時(shí)，少了信號(hào)電纜隧道的屏蔽作用，但在電力電纜正常工作狀態(tài)下，信號(hào)電纜上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不會(huì)超過(guò)60 V；當(dāng)電力電纜出現(xiàn)故障時(shí)，在信號(hào)電纜上感應(yīng)的最大縱向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)小于430 V。

當(dāng)高架線路的信號(hào)電纜與電力架空線路相距較近時(shí)，類比地下電力電纜與高架信號(hào)電纜的情況，少了電力電纜通道的屏蔽作用以及供電線三相因較大距離而引起的不對(duì)稱作用，電力電纜在正常工作狀態(tài)下，按20 m的間隔距離，當(dāng)電力電纜正常運(yùn)行時(shí)，信號(hào)電纜上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不會(huì)超過(guò)60 V；當(dāng)電力電纜出現(xiàn)故障時(shí)，信號(hào)電纜上產(chǎn)生的最大縱向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)小于430 V。

3.1.3車輛段/停車場(chǎng)信號(hào)電纜的防護(hù)

車輛段/停車場(chǎng)一般在郊外地面，市政供電線路一般都是架空線路，由于電力供電線路都在車輛段/停車場(chǎng)的紅線以外，干線信號(hào)電纜與架空線路相距較近的平行距離較短，信號(hào)干線電纜一般敷設(shè)于車輛段/停車場(chǎng)內(nèi)的電纜槽內(nèi)，根據(jù)以上分析，當(dāng)電力電纜與干線電纜相距為20 m時(shí)，不會(huì)超過(guò)信號(hào)電纜允許的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

3.2軌道電路的防護(hù)

城市軌道交通正線信號(hào)CBTC系統(tǒng)多采用計(jì)軸軌道電路，車輛段/停車場(chǎng)大多采用50 Hz交流相敏微電子單軌條軌道電路[9]。車輛段/停車場(chǎng)大多在郊外，市政供電線路也大多采用架空線路，雖然架空線路在車輛段/停車場(chǎng)的紅線以外，但由于軌道電路為工頻電流，與高架線路三相電線的距離較長(zhǎng)，在軌道電路處產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不對(duì)稱，會(huì)對(duì)車輛段/停車場(chǎng)的軌道電路產(chǎn)生一定的電磁干擾影響。軌道電路原理如圖1所示。

圖1　軌道電路原理

當(dāng)軌道區(qū)段內(nèi)有列車占用，即軌道電路處于分路狀態(tài)時(shí)，附近的高架電力供電電線產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)使鋼軌產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，增大軌道繼電器線圈接收到的電壓值，有可能使繼電器變?yōu)槲馉顟B(tài)，將該軌道區(qū)段的狀態(tài)信息由有車占用變?yōu)闊o(wú)車占用，造成嚴(yán)重的安全事故。因此，當(dāng)架空電力電線正常運(yùn)行及發(fā)生單相短路故障時(shí)，需對(duì)車輛段/停車場(chǎng)軌道電路的影響進(jìn)行定性分析。根據(jù)《單軌條50 Hz相敏軌道電路設(shè)計(jì)資料》，已知50 Hz相敏軌道電路的基本數(shù)據(jù)和參數(shù)為最大長(zhǎng)度300 m、送電端二次側(cè)電壓有效值8.4 V、軌道繼電器端電壓12.5 V、最大軌道電路長(zhǎng)度的鋼軌阻抗1.2∠43° Ω/km，受電端中繼變壓器變比為1 ∶20、道砟電阻率為0.6 Ω·km、軌道電路的分路電阻為0.15 Ω。在電力電纜正常工作狀態(tài)下，電力電線的工作電流為1 kA左右，考慮到與300 m的軌道電路平行，當(dāng)列車完全占用在軌道電路內(nèi)時(shí)的等效電路如圖2所示。

圖2　等效電路

圖2中電路由道床電阻、變壓器線圈的電感和電阻、鋼軌的非線性阻抗、列車的輪對(duì)構(gòu)成閉合回路，回路的最大面積為258 m2。根據(jù)電磁感應(yīng)公式(1)和公式(3)可知，只要變壓器的一次側(cè)感應(yīng)出大于0.65 V的電壓，就可能引起軌道繼電器的錯(cuò)誤勵(lì)磁，導(dǎo)致丟車的不安全狀態(tài)。

當(dāng)架空線路單相出現(xiàn)故障時(shí)，最大的入地暫態(tài)電流可達(dá)到50 kA，在其他條件不變的情況下，對(duì)軌道電路的電磁感應(yīng)是電力線路正常工作狀態(tài)下的50倍。同時(shí)還要考慮瞬間電流可能通過(guò)信號(hào)電纜進(jìn)入室內(nèi)后毀壞室內(nèi)設(shè)備的可能。

由于電磁場(chǎng)對(duì)軌道電路的干擾，沒(méi)有權(quán)威機(jī)構(gòu)給出防護(hù)數(shù)據(jù)，也沒(méi)有理論計(jì)算公式可用。實(shí)際測(cè)量受諸多因素的影響，模擬故障狀態(tài)困難，因此，根據(jù)國(guó)鐵電氣化牽引區(qū)段的電力貫通線和2.5 kV AC接觸網(wǎng)對(duì)信號(hào)設(shè)備的電磁干擾防護(hù)策略，即電氣化區(qū)段采用避開(kāi)工頻的25 Hz軌道電路及采用屏蔽電纜的做法，為保證車輛段/停車場(chǎng)信號(hào)設(shè)備的安全運(yùn)行，提出以下防護(hù)方案：市政電力架空線路與車輛段/停車場(chǎng)軌道區(qū)域的邊緣距離大于或等于50 m；市政電力架空線路與車輛段/停車場(chǎng)軌道區(qū)域的邊緣距離小于50 m時(shí)，采用計(jì)軸軌道電路。

3.3室內(nèi)設(shè)備的防護(hù)

軌道交通信號(hào)設(shè)備用房包括控制中心、車站設(shè)備室、車輛段/停車場(chǎng)設(shè)備室等。由于信號(hào)設(shè)備是行車安全的重要設(shè)施，因此有必要分析市政電網(wǎng)的供電線路對(duì)信號(hào)室內(nèi)設(shè)備的電磁干擾影響。

根據(jù)英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)EN 50121—4:2006Railwayapplications-Electromagneticcompatibility[10]中的相關(guān)規(guī)定，當(dāng)信號(hào)設(shè)備室內(nèi)信號(hào)設(shè)備的輸入端口由交流電源提供時(shí)，信號(hào)設(shè)備的最大抗電磁干擾能力為100 A/m。為保證信號(hào)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，市政供電線路對(duì)信號(hào)設(shè)備室的最大電磁干擾允許值為100 A/m，同時(shí)還要考慮軌道交通內(nèi)部供電線路和設(shè)備工作時(shí)對(duì)信號(hào)設(shè)備電磁干擾的疊加。

根據(jù)公式(3)，在實(shí)際情況中，考慮到地下電力電纜所在隧道、地鐵隧道及設(shè)備房屋的屏蔽系數(shù)，當(dāng)?shù)叵码娏﹄娎|或架空電線正常運(yùn)行時(shí)，3根電纜或電線均會(huì)對(duì)地鐵信號(hào)設(shè)備室產(chǎn)生電磁干擾，而三相電纜或電線所通過(guò)的電流幅值相等，相位依次滯后120°。當(dāng)電力線路距信號(hào)設(shè)備室20 m以上時(shí)，3根電力電纜或電線與地鐵信號(hào)設(shè)備室的距離基本相等，于是3根電纜或電線對(duì)地鐵信號(hào)設(shè)備室產(chǎn)生的電磁干擾疊加后將很小，不會(huì)影響信號(hào)設(shè)備室中各信號(hào)設(shè)備的正常運(yùn)行。當(dāng)電力電纜或電線發(fā)生單相接地故障時(shí)，三相電流不對(duì)稱，故障相電流很大并起主要作用，根據(jù)工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，在相距20 m以外，也不會(huì)對(duì)地鐵信號(hào)設(shè)備室內(nèi)的信號(hào)設(shè)備產(chǎn)生較大的電磁干擾。在今后的工程中根據(jù)新信號(hào)設(shè)備防雷要求，地面信號(hào)設(shè)備用房設(shè)置法拉第籠，因此對(duì)地面信號(hào)室內(nèi)設(shè)備的影響會(huì)很小。

車輛段/停車場(chǎng)的信號(hào)樓要求與電力架空線路的距離大于或等于50 m，而且信號(hào)樓設(shè)置綜合防雷結(jié)構(gòu)，電力線路對(duì)車輛段/停車場(chǎng)信號(hào)室內(nèi)設(shè)備的影響就很小，同時(shí)由于間距較大，當(dāng)電力線路對(duì)地短路時(shí)，流經(jīng)信號(hào)電纜或大地進(jìn)入設(shè)備室的電流也就不會(huì)燒壞信號(hào)設(shè)備。

4結(jié)論

市政電網(wǎng)供電線路對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的電磁干擾主要取決于供電線路正常工作的不對(duì)稱影響和故障暫態(tài)電流影響，都與環(huán)境條件等因素相關(guān)，目前沒(méi)有直接的計(jì)算公式來(lái)定量計(jì)算，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試也不能詳盡所有工況，而且測(cè)試點(diǎn)的通用性和普遍性不夠，也沒(méi)有權(quán)威部門(mén)發(fā)布的干擾防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，因此本文首先提出，軌道交通信號(hào)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)應(yīng)考慮市政電網(wǎng)供電線路對(duì)信號(hào)設(shè)備的電磁干擾影響，其次根據(jù)電磁學(xué)公式和建設(shè)經(jīng)驗(yàn)定性分析，總結(jié)市政電網(wǎng)供電線路對(duì)信號(hào)系統(tǒng)電磁干擾的保護(hù)方案。

1) 信號(hào)電纜的防護(hù)。軌道交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備的干線電纜與市政電力供電線路的平行長(zhǎng)度大于1 km時(shí)，間距應(yīng)大于或等于20 m，否則考慮采用屏蔽電纜。

2) 軌道電路的防護(hù)。車輛段/停車場(chǎng)與市政電網(wǎng)架空線路的平行長(zhǎng)度大于1 km時(shí)，間距應(yīng)大于或等于50 m，否則車輛段/停車場(chǎng)的軌道電路不能采用50 Hz單軌條相敏軌道電路。

3) 信號(hào)室內(nèi)設(shè)備的防護(hù)。軌道交通正線的信號(hào)設(shè)備室和控制中心與市政電網(wǎng)的間距宜大于或等于20 m，車輛段/停車場(chǎng)的信號(hào)樓與市政電網(wǎng)的架空線路的間距宜大 于 或 等 于50 m。間距不滿足要求時(shí)，

正線地面或高架信號(hào)設(shè)備室以及車輛段/停車場(chǎng)的信號(hào)樓應(yīng)采用法拉第籠設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50157—2013[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[2] 唐劍.電力線路對(duì)鄰近并行埋地金屬管道電磁干擾影響[D].保定：華北電力大學(xué)，2004.

[3] 趙凱華，陳熙謀.電磁學(xué)[D].北京: 人民教育出版社，1978.

[4] Directives Concerning the Protection of Telecommunication Lines against Hgarmful Effects from Electricity Lines - Volume VI: Danger, Damage and Disturbance [S].ITU-T, 2008.

[5] 電信線路遭受強(qiáng)電線路危險(xiǎn)影響的容許值:GB 6830—1986[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1986.

[6] 輸電線路對(duì)電信線路危險(xiǎn)和干擾影響防護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)程:DL/T 5033—2006[S].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[7] 張寶華.地鐵車站信號(hào)電纜的引入和鋪設(shè)[J].鐵道勘測(cè)與設(shè)計(jì)，2005(2):55-58.

[8] 王建國(guó)，劉洋，孫建明，等.鐵路10 kV三相電力電纜接地短路電流對(duì)通信信號(hào)電纜的電磁影響[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2008，29(4):109-115.

[9] 安海君.單軌條50 Hz相敏軌道電路設(shè)計(jì)資料[A].北京：北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院，2002.

[10] BS EN50121-4: 2006 Railway Applications-Electromagnetic Compatibility[S].BSI,2006.

(編輯：王艷菊)

Influence and Protection of Municipal Power Grid on Urban Rail Transit Signal System

Wang Xiaobo1Zheng Shengquan2

(1. Zhejiang United Technology & Science Co., Ltd., Hangzhou 310051;2. China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd., Comm & Signal Dep., Wuhan 430000)

Abstract:In view of compatibility requirements on electromagnetic environment of the power supply lines of municipal power grid and the EMC requirements on urban rail transit signaling system, the EMI impacts on the cable, tract circuit, and equipment in SER of signaling system are analyzed qualitatively when the municipal power grid is in normal and fault working status respectively by using the theoretical equations and the related project construction experience. The integrated plan and design concept of municipal infrastructure construction such as power grid and rail transit, etc. is proposed. To ensure the safety of rail transit operation, theoretical calculation and empirical data are used to find out the distance requirements to avoid the EMI impacts from the power supply lines on the signaling system and EMC protection solutions. When the main cable of rail transit signaling system parallels with power supply lines of more than 1km long, the separation distance must be more than 20m wide; otherwise, the shielding cable should be used; when the depot/yard parallels with municipal power aerial line of more than 1km long, the separation distance must be more than 50m wide; otherwise, the monorail 50Hz phase-sensitive track circuit cannot be adopted; the separation distance between the main line SER/OCC and municipal power aerial line must be more than 20m wide, and the separation distance between the SER of depot/yard and municipal power aerial line should be more than 50m wide.

Key words:urban rail transit; municipal power grid; power supply line; signaling system; EMC; protection design

doi:10.3969/j.issn.1672-6073.2016.03.026

收稿日期:2015-11-24修回日期: 2016-01-30

作者簡(jiǎn)介:王嘯波，男，碩士研究生，工程師，從事軌道交通信號(hào)系統(tǒng)總承包工作，wangxiaobo@unitedmne.com

中圖分類號(hào)U231.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

文章編號(hào)1672-6073(2016)03-0114-05