浅议电缆故障电流对电气化铁路信号电缆的电磁影响

冯 哲

中铁武汉电气化局集团有限公司北京分公司

浅议电缆故障电流对电气化铁路信号电缆的电磁影响

冯 哲

中铁武汉电气化局集团有限公司北京分公司

我国目前在高速电气化的铁路建设方面取得了重要的发展成就，这一现代化的高速铁路除了拥有良好的发展机遇之外，也面临着一些挑战。与传统的铁路相比，高速电气化的铁路具有很多优势，比如无砟轨道和新型转辙机以及高速动车组等等。同时它的问题也较多，主要在于其供电系统的结构和程序更加复杂，进行动车的牵引需要更多的能量，而且磁场变化大，容易造成附近电力系统的磁场发生不必要的变化而影响铁路的信号。本文首先对电气化铁路信号电缆进行了概述，然后讨论了造成电气化铁路信号电缆电磁干扰的原因以及种类，最后提出了分析和计算电气化铁路信号电缆电磁影响的方法。

电缆故障电流；电气化铁路信号；电缆；电磁影响

一、电气化铁路信号电缆的概述

我国在近些年来十分重视电气化铁路的发展，尤其是在进行铁路的设计以及运营的过程中一直将重点放在电气化铁路的故障方面。电力电缆如果发生故障，容易导致信号电缆受到电流的干扰而产生电磁影响的问题。因此，要保证铁路运输能够正常安全运行，需要提高以下几个方面的质量，一是提高铁路信号电缆的质量，二是提高信号设备的工作质量，三是提高控制装置的传输质量。要保证上述三个方面的质量，尤其要注意在高架桥上要进行电力电缆和信号电缆的分别敷设，要提前分配好电缆槽，并且需要将二者统一进行接入到底线。另外，还需要注意的是要保证电缆的间距，布置时要保证最大间距为一个电缆槽。

二、造成电气化铁路信号电缆电磁干扰的原因以及种类

首先，按照电路的线路以及电气设备的干扰耦合作用可以将电磁的影响分为两个方面，一是传导耦合。具体来说，这是因为电气化铁路在供电时采用了不对称的单相交流进行牵引而影响了附近的电路和设备。二是火花放电。当机车运行时，电弓离线和接触导线两者产生了火花放电而影响了附近的弱电设施。从容性和感性以及阻性耦合这三个方面来看，电磁影响造成的干扰对象可以分为两类，一类是干扰影响，也就是电气设备在正常工作时受到了影响。干扰影响在进行计算时需要进行仿真分析，需要以谐波电流作为分析的基础。另外的一类是危险影响。这一影响会对人身安全和设备安全造成威胁。进行危险影响的仿真计算需要以频率作为分析的基础。

其次，静电耦合一般发生在接触网牵引而产生电压的情况下，此时接触网存在的耦合电容会影响到电路和设备。这一类干扰的原理在于弱电路和地这两者之间连接了电流源，此时在接触网的两端分别施加电压的话，弱电线中会出现静电感应，感应值的大小随着接触网导线的长度以及架设高度的变化而变化。带有电荷的导体与周围的电场共同发生作用使道题的电子进行有规律的移动，从而重新对电荷进行分布而致使导体带电。如果电缆没有贴合紧密或者没有无金属套进行保护，就很容易受到容性耦合的影响。

再次，磁影响也是影响铁路信号的一个重要方面。其原理是当接触网牵引电流时一般容易产生交变的电磁场，再与弱电路进行互感而产生感应电的动势。弱电路和设施非常容易受到电磁的影响。在感应电动势产生的过程中，电压的大小是随着弱电线的长度而变化的。在感应电动势中有着一个关键的要素就是屏蔽系数R，它在相位上恰好与接触网的电流相反，此时两者可以互相抵消而降低电磁的干扰。

最后，电位影响也是影响铁路信号的一个方面。其原理是当接触网在进行电流的牵引时容易出现电流通过钢轨进行回流的现象，这一现象造成附近大地的电位升高，而同时与弱电线路以及设备较为接近的接地装置其电位也会升高，造成电磁对其产生影响。

三、分析和计算电气化铁路信号电缆电磁影响的方法

首先，需要进行电磁对信号电缆造成的影响进行分析。当电力电缆发生挂账时，多数是出现了单相接地的故障，此时故障的瞬间会产生70-400A的电流，从而对信号电缆造成干扰。这种影响分为两类，一类是地电流影响，还有一类是外皮回流影响。其中外皮回流的影响又分为两个方面。一方面是电缆故障产生的电流通过了电缆的外皮而和地线进行了回流接通。还有一方面是电缆外皮是双端接地，所以在故障地线的回流过程中拾得了一部分电流。

其次，进行信号电缆受到的电磁影响的计算。一是需要计算感应电动势Es。根据以下的公式来计算：

Zs表示互阻抗，lpi表示接近段内信号的第i个电缆距离干扰回路的长度，Is表示故障电流；SR表示金属护套，Sm表示同沟多缆，Sn表示实效屏蔽系数，ω表示干扰电流角的频率；M表示互感系数。

另外，需要计算互感系数。根据以下的公式来计算：

信号电缆和贯通地线这两者的距离越短，那么互感系数相应增大，同时互感系数的M值在增长上就会减缓。然后需要进行计算结果的验证。通过计算可以得出贯通地线的电动势为110.4V，信号电缆外皮的电动势为238V，而信号电缆芯线的电动势为348.4V。由此可以明确微小的电流都会造成信号电缆的外皮产生相对较大的电动势。

四、小结

任何电气化设备都离不开故障的检测和排除工作，我国在近些年来十分重视电气化铁路的发展，尤其是在进行铁路的设计以及运营的过程中一直将重点放在电气化铁路的故障方面。电力电缆如果发生故障，容易导致信号电缆受到电流的干扰而产生电磁影响的问题。在进行故障的检测和排除过程中，要根据实际情况有针对性的进行分析和计算，找准故障点，以最高的效率处理好故障，报障电气化铁路运行的畅通。

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冯哲(1982-)，男，山东宁阳人，工程师，本科，中铁武汉电气化局集团有限公司北京分公司，研究方向：铁道信号。