關(guān)于鐵路牽引電流對(duì)信號(hào)電纜干擾的分析與應(yīng)對(duì)措施的探討

黃文雄

朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司原平分公司

1 引言

列車牽引電流主要是通過(guò)回流線和大地兩個(gè)通道實(shí)現(xiàn)回流，由于區(qū)間信號(hào)電纜屏蔽地線接地性能良好，還有一部分電流通過(guò)電纜屏蔽地線傳輸至室內(nèi)再引入大地，測(cè)試信號(hào)機(jī)械室分線盤電纜屏蔽地線對(duì)地電流能高達(dá)20A 以上，電流的大小會(huì)根據(jù)區(qū)間列車的多少而變化，對(duì)于信號(hào)維護(hù)人員而言，不論是觸碰電纜還是斷開(kāi)屏蔽連接都將是一個(gè)嚴(yán)重的安全隱患。因此，降低屏蔽地線接地電流，保護(hù)人身安全和設(shè)備安全尤為重要。

2 牽引電流回流的工作原理

鐵路供電牽引電流是從變電所輸出27.5KV 電源向接觸網(wǎng)送電，當(dāng)列車在區(qū)間行駛時(shí)，由接觸網(wǎng)不間斷地為電力機(jī)車提供動(dòng)力電源，回流電源通過(guò)機(jī)車輪對(duì)傳入鋼軌，以鋼軌作為牽引電流回路，大部分牽引電流經(jīng)過(guò)鋼軌引接線傳入空心線圈SVA，再?gòu)目招木€圈SVA 接入回流線直接回到變電所，形成第一條回流通道；由于軌道與大地之間是不絕緣的，一小部分牽引電流會(huì)通過(guò)鋼軌或空心線圈地線傳入大地，從牽引變電所下面的接地網(wǎng)回到所電所，形成第二條回流通道（如圖1）。

圖1 牽引電流回流通道

3 牽引電流對(duì)信號(hào)電纜干擾的分析

3.1 牽引電流進(jìn)入電纜屏蔽的原因分析

區(qū)間軌道電路采用UM71無(wú)絕緣軌道電路，空心線圈SVA設(shè)在電氣絕緣中部，一方面通過(guò)吸上線與回流線相接；另一方面空心線圈又與繼電器箱電纜屏蔽地線連接后統(tǒng)一接入接地體（如圖2）。因此，由于空心線圈分別與吸上線和電纜屏蔽地線相接，相當(dāng)于電纜屏蔽地線間接與吸上線等電位連接，成為室外牽引電流進(jìn)入電纜屏蔽地線的切入點(diǎn)。

圖2 UM71軌道電路地線連接方式

3.2 牽引電流進(jìn)入室內(nèi)綜合地網(wǎng)的原因分析

信號(hào)設(shè)備分為室內(nèi)設(shè)備和室外設(shè)備，它們是以電纜作為彼此的傳輸通道，每一個(gè)信號(hào)點(diǎn)的電纜都從室外設(shè)備接入到室內(nèi)分線盤，信號(hào)電纜屏蔽地線連接采用的是雙端接地的方式，室內(nèi)與地線連接，室內(nèi)從分線盤接入綜合地網(wǎng)，形成了一道天然的電氣傳輸通道。由此可見(jiàn)，牽引電流從室外進(jìn)入了室內(nèi)。

3.3 室內(nèi)接地電流適時(shí)變化的原因分析

由于信號(hào)電纜沿鐵路線敷設(shè)，每一處電纜屏蔽連接的地方都會(huì)埋設(shè)地線。當(dāng)列車通過(guò)時(shí)，牽引電流會(huì)經(jīng)由地線逆向進(jìn)入電纜屏蔽層，經(jīng)電纜屏蔽傳輸至室內(nèi)匯流排入地。因此，區(qū)間通過(guò)列車數(shù)量越多，室內(nèi)匯集的電流就越大。

3.4 室內(nèi)地線對(duì)地電流較大的原因分析

信號(hào)樓采用的是綜合地網(wǎng)接地方式，電阻標(biāo)準(zhǔn)不大于1歐；區(qū)間每一個(gè)信號(hào)點(diǎn)為單獨(dú)設(shè)置地線，電阻標(biāo)準(zhǔn)為不大于10 歐。當(dāng)列車通過(guò)時(shí)，由于牽引電流回流的方向與電纜的方向一致，相比而言，從電纜屏蔽地線傳輸通道的電阻小，從大地長(zhǎng)距離傳輸通道的電阻大，因此，經(jīng)信號(hào)電纜屏蔽層引入的牽引電流會(huì)更多，室內(nèi)屏蔽地線對(duì)地電流就更大。

3.5 綜合地網(wǎng)與變電所間距設(shè)置的對(duì)比分析

牽引電流通過(guò)信號(hào)樓綜合地網(wǎng)接入大地，從埋設(shè)地牽引變電所下面的接地網(wǎng)回到變壓器，變電所與信號(hào)樓間隔越近，大地電阻越小，回流電流就越大；反之，變電所與信號(hào)樓間隔越遠(yuǎn)，大地電阻越大，回流電流就越小。

綜上所述，牽引電流通過(guò)室外的空心線圈或大地引入電纜屏蔽地線，再通過(guò)電纜屏蔽層傳輸至室內(nèi)分線盤，再經(jīng)過(guò)信號(hào)綜合地網(wǎng)通過(guò)大地回流至變電所。因此，信號(hào)電纜屏蔽地線也就成為牽引電流的回流通道之一，形成了信號(hào)專業(yè)人身安全和設(shè)備安全的重大危險(xiǎn)源。

4 踐行減少牽引電流干擾的應(yīng)對(duì)措施

4.1 區(qū)間信號(hào)點(diǎn)處增設(shè)地線試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)試將區(qū)間的幾個(gè)信號(hào)點(diǎn)增設(shè)一組地線，降低室外接地體的接地電阻值。實(shí)踐證明，現(xiàn)場(chǎng)地線電阻越小，回流通道就越暢通，引入室內(nèi)分線盤的電流就越高，單根電纜屏蔽地線的電流也就越高，適得其反，室外不適合加裝地線。

4.2 試將空心線圈與屏蔽地線分開(kāi)設(shè)置

從理論上分析：將區(qū)間所有空心線圈單設(shè)一組地線，與屏蔽地線分開(kāi)設(shè)置（如圖3），相當(dāng)于將吸上線與電纜屏蔽地線有了一定距離的大地做隔離，會(huì)發(fā)揮一定的作用?，F(xiàn)場(chǎng)以一個(gè)區(qū)間作為試點(diǎn)，將整個(gè)區(qū)間的空心線圈單設(shè)一組地線，完全將空心線圈地線與屏蔽地線分開(kāi)。實(shí)踐證明：室內(nèi)電纜屏蔽對(duì)地電流有了明顯的減弱，當(dāng)區(qū)間一輛列車行駛時(shí)電流約2A，兩輛列車行駛時(shí)約3A，多輛列車行駛時(shí)最高保持到10A左右，相對(duì)原始的測(cè)試數(shù)據(jù)有了明顯的降低，證明此種方法對(duì)減少牽引電流的干擾發(fā)揮一定的作用。

圖3 空心線圈地線與屏蔽地線分開(kāi)設(shè)置

4.3 試將電纜屏蔽地線改成單端接地

區(qū)間電纜徑路的敷設(shè)方式分為兩種：一種是分割點(diǎn)的電纜，從信號(hào)樓直接敷設(shè)到分割點(diǎn)XB 箱，中間通過(guò)接續(xù)方式連接，這種電纜很長(zhǎng)，在不改變接地方式的情況下，很難實(shí)現(xiàn)單端接地；另一種是信號(hào)點(diǎn)使用的站聯(lián)電纜，從信號(hào)樓開(kāi)始經(jīng)過(guò)區(qū)間每一個(gè)信號(hào)點(diǎn)，而且每一個(gè)點(diǎn)都引入繼電器箱內(nèi)通過(guò)端子板連接，這種電纜我們可以以信號(hào)樓為基點(diǎn)，從室內(nèi)至室外方向，每一根電纜只連接靠信號(hào)樓側(cè)的電纜屏蔽地線，另一側(cè)不接入?yún)R流排，從根源上切斷電纜屏蔽回流通道。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，回流電流又有所下降，此種方法對(duì)抑制牽引電流的干擾發(fā)揮了一定的作用。

4.4 將電纜引入機(jī)械室前重新制作屏蔽連接

經(jīng)過(guò)多項(xiàng)技術(shù)措施后仍然未能完全消除安全隱患。因此，為降低安全風(fēng)險(xiǎn)，滿足“故障-安全”的原則，在電纜引入機(jī)械室以前，電纜間（電纜井）內(nèi)電纜入口處，將所有的電纜重新制作電纜屏蔽連接，每一根電纜分別將鋼帶和鋁護(hù)套各引出一根線頭，連接到匯流排上，再通過(guò)專用地線接入綜合地網(wǎng)。通過(guò)這種方式，可以在大電流進(jìn)入機(jī)械室前，斷開(kāi)回流通道，直接接入綜合地網(wǎng)，有效地避開(kāi)了高風(fēng)險(xiǎn)處所，對(duì)保障人身安全發(fā)揮了積極的作用。

4.5 從施工設(shè)計(jì)上，減少牽引電流的干擾

信號(hào)電纜屏蔽電流主要是由于區(qū)間信號(hào)電纜屏蔽地線天然地為牽引回流提供了一條通道，我們需要考慮將這個(gè)電纜屏蔽回流通道切斷，阻止電流的傳輸：一是考慮在區(qū)間沿線敷設(shè)一條貫通地線，對(duì)電纜長(zhǎng)距離產(chǎn)生的感應(yīng)電可以及時(shí)地釋放出去，即使為牽引回流提供通道，那也是貫通地線帶電，而不是電纜帶電，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)站內(nèi)與區(qū)間地線等電位連接，有效地保障了電纜設(shè)備的安全；二是在每一個(gè)信號(hào)點(diǎn)設(shè)一個(gè)電纜箱盒，在電纜箱盒內(nèi)實(shí)現(xiàn)電纜單端接地，有效地?cái)嚅_(kāi)電纜屏蔽回路通道，避免產(chǎn)生感應(yīng)電流，而且在區(qū)間電纜故障情況下，還可以實(shí)現(xiàn)分段排查故障點(diǎn)，利于電纜徑路的日常維護(hù)和故障排查。

4.6 在施工設(shè)計(jì)時(shí)，考慮信號(hào)樓與變電所的間距

大地也是牽引回流的通道之一，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試證明，信號(hào)樓與變電所越近的車站，電纜屏蔽地線對(duì)地電流就越高；反之距離越遠(yuǎn)電流越低。因此，在施工設(shè)計(jì)階段，信號(hào)樓與變電所的選址時(shí)，應(yīng)充分考慮兩者之間的距離。

4.7 從業(yè)務(wù)管理上，抑制牽引電流對(duì)電纜的干擾

機(jī)車牽引電流對(duì)電纜屏蔽地線干擾的問(wèn)題，鐵路行業(yè)對(duì)電氣化區(qū)段信號(hào)電纜屏蔽層接地電流的標(biāo)準(zhǔn)，目前尚無(wú)明確的規(guī)定，專業(yè)人士雖然都在努力地解決，但還需要一定的時(shí)間，這個(gè)時(shí)候需要從制度上完善安全管理措施：一是要明確電纜屏蔽地線的檢修周期，做好不良地線的整治；二是要明確非天窗點(diǎn)，嚴(yán)禁斷開(kāi)電纜屏蔽連接，避免人身傷害；三是要明確地線測(cè)試時(shí)，需要甩開(kāi)接地體引線，準(zhǔn)確掌控接地體運(yùn)用使用狀況；四是要定期對(duì)信號(hào)電纜屏蔽地線接對(duì)電流進(jìn)行測(cè)試檢查，適時(shí)監(jiān)控對(duì)地電流動(dòng)態(tài)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,鐵路信號(hào)電纜屏蔽接地是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,做好系統(tǒng)的接地工作,一是在工程設(shè)計(jì)階段就要認(rèn)真考慮,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采用最優(yōu)方案,盡量減少牽引電流的干擾；二是在鐵路信號(hào)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中,需要定期做好電纜屏蔽接地系統(tǒng)的檢測(cè)和維護(hù)工作,確保設(shè)備接地系統(tǒng)滿足要求；三是要通過(guò)運(yùn)用行業(yè)先進(jìn)接地技術(shù)，更好地保障人身安全和設(shè)備安全。