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电力牵引电流对铁路通信信号的影响

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发表于 2012-1-8 22:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
    交流电气化铁路的接触供电网对附近的有线电通信、无线电通信和铁路信号产生电磁感应,造成有线电通信和铁路信号的线路上产生有害的电流和电压,干扰附近的无线电通信信号的现象。   
    电力牵引对有线电通信的影响  
  第二次世界大战前,欧洲有些国家兴建了16卭赫的单相交流电气化铁路。战后很多国家发展工业频率(简称工频)单相交流电气化铁路。为了防止交流电气化铁路对通信和铁路信号线路的影响,开始把通信电缆埋入地下,同时开始研制高屏蔽性能的电缆。瑞典最先在16卭赫的交流电气化铁路的接触网上装设吸流变压器,以降低对通信信号线路的感应影响。60年代中期,日本在交流电气化铁路接触网上采用自耦变压器来降低对通信信号线路的感应影响。中国于1960年建成宝鸡至凤州段的单相工频 2.5千伏交流电气化铁路,采用铅包护套外绕铝线的钢带铠装通信电缆。其后建成的电气化铁路上均用铝包铠装通信电缆。1975年开始在部分电气化铁路接触网上装设了吸流变压器。   原因 电感应、磁感应和地电流是电力牵引对通信信号造成影响的主要原因。   
  ① 电感应。也称容性耦合。接触网与平行的架空通信信号线间存在电容,通信信号线与大地间也存在电容。当接触网上有对地电压(U)时,经过电容耦合,在对地绝缘的通信信号导线上产生对地电压。如果人体同时与导线和大地接触,通过电容而来的电流就会经人体流入地中。电感应的电压和电流正比于U,近似地与通信信号线至接触网距离的平方成反比。金属护套接地的电缆或埋地的塑料护套电缆中的芯线,则因得到屏蔽而不受电感应影响。   
  ② 磁感应。也称感性耦合。接触网中电流I在其周围所产生的交变磁场与平行于轨道的通信信号线相耦合。在通信信号线上产生沿其长度纵向分布的感应电动势(E),称为纵向电动势。其大小可用下式计算:   E =2πfMI/K1K2K3   式中f为电流频率;M为接触网与通信信号线间每公里的互感,它是大地导电率、频率和通信信号线至接触网间距离的函数,随着三者的增加而逐渐减小;宐是通信信号线与接触网平行的长度;K1是轨道的屏蔽系数,它随着股道数的增加而变小,并随大地导电率而变化,单线铁道K1约为0.4~0.5,复线铁道K1约为0.3~0.4;K2是通信电缆的实效屏蔽系数,与电缆护层的结构以及护层接地的情况有关,近似地与频率成反比;K3是其他接地导体(如附近的电缆或金属管道等)的屏蔽系数。   
  ③ 地电流。也称阻性耦合。牵引电流经轨道漏泄入地为地电流。由于电阻耦合,入地点附近大地电位升高。如果以大地作为回路的通信信号设备的工作地线靠近入地点,就有可能影响设备的正常工作。在接触网接地短路情况下,入地点附近的接地通信电缆金属护套和芯线之间可能产生较高电压,从而造成护套和芯线间绝缘的击穿。电气化铁路因有轨道的屏蔽作用,而且牵引电流是沿轨道分布漏泄入地,所以地电流对通信信号的影响并不严重。   
  影响 可分为危险影响和干扰影响。感应的电流电压足以危害人身和设备的安全或引起铁路信号设备的误动作,称为危险影响。感应的电流电压足以破坏通信设备的正常工作,如在电话回路中引起杂音,使电报信号失真等,称为干扰影响。在通信和铁路信号线上感应产生的有害的电流和电压,只允许在一定限度内。如超过这个限度则必须采取防护措施。这个限度称为危险影响和干扰影响的标准。   
  防护 ①在接触网上采取的措施。一种是装设吸流变压器和回流线。每隔 2~4公里处设一台变压比为1的吸流变压器。它的初级线圈和次级线圈分别串接在接触网和回流线中,在相邻两台吸流变压器中心点附近由吸上线将回流线和轨道相连。吸流变压器初、次级线圈间产生互感作用,使绝大部分的牵引电流经回流线返回变电所。接触网的电流与回流线的电流方向相反,对通信信号线的感应起到了一定的抵消作用。另一种措施是装设自耦变压器和馈电线。在接触网上每隔10公里左右装设一台自耦变压器。其中心点接轨道,接触网和馈电线分别接在自耦变压器的两端,即成为一个两倍于对地电压的供电系统。接触网和馈电线向自耦变压器供电时,轨道上的电流经自耦变压器中心点由馈电线流回的数值,几乎与接触网中的电流相同。回流线或馈电线中电流的相位与接触网中电流的相位相反,因此对接触网中电流在平行的通信信号线上的磁感应起到抵消作用,从而大大降低感应纵电动势。此外,在牵引变电所或分区亭设置电阻电容串联的阻尼装置,可以抑制接触网的谐振,减少牵引电流中高次谐波的分量,从而减少电话中的杂音干扰。   
  ②在通信和铁路信号线路上采取的措施。第一,埋设有屏蔽作用的通信电缆:采用金属护层实效屏蔽系数K2小的电缆。用导电率高的材料(例如铝)作包皮可减小护层的直流电阻;用导磁率高的材料作铠装可增大护层的电感。此外,护层应有良好的接地。接地电阻愈小,K2也愈小。在接地电阻等于零的理想条件下的屏蔽系数称为电缆的理想屏蔽系数。电气化铁路用的通信电缆的护层一般是铝包加两层低碳钢带铠装,它的理想屏蔽系数约为 0.1左右。如果用导磁率更高的材料(例如特制的纯铁带等)作铠装,可进一步降低理想屏蔽系数。第二,在通信信号线上装设隔离变压器。因为纵电动势与平行长度l成正比,将通信线分成数个小段,相邻段之间接入隔离变压器,使信息的有效频带仍能通过,而感应纵电动势相应减小了。第三,在通信线上装设中和变压器(或幻通谐振变压器)。这也是将通信线全长l分成几个小段,中和变压器次级线圈串接在两相邻段之间,初级线圈串接在特设的两端接地的领示线之间。领示线与地形成回路,由于磁感应产生的纵电动势使其中流过感应电流。因中和变压器的阻抗大大超过通信线的阻抗,使线路上感应的纵电动势分段加在中和变压器的初级线圈上,并在其次级线圈上产生同样的、但相位相反的电动势,这个电动势恰好与线路上分段感应的纵电动势抵消,使通信信号线上的纵电动势不随l正比增长。幻通谐振变压器是利用幻线作为领示线,经过50赫谐振回路接地。第四,利用上述类似的原理,在电缆上装设屏蔽变压器,以降低电缆芯线上的感应纵电动势。另外,在机械设备上也可采用某些抗干扰措施。   轨道是与接触网平行的分布接地的导体,当牵引电流在电气化铁路的轨道和邻近的轨道中流过时,由于两条钢轨的纵向阻抗和对地漏泄电流的不一致,在以两条轨道作为传输的轨道电路接收端会出现较大的干扰电压。因此,必须选用具有足够防护能力的轨道电路制式,一般是采用避开牵引电流基波及其各次谐波的频率作为轨道的信号源的频率,在接收端具有足够区分干扰和有用信号的能力。   
    电力牵引对无线电通信的影响  
  由于电力牵引引起在其射频频段内的电磁骚扰对有用无线电信号的损害,即为电力牵引引起无线电干扰。   早在20世纪30年代就开始了这方面的研究工作。但直到近年才逐渐引起更多的注意。为此。成立于1934年的国际无线电干扰特别委员会(CISPR)所属的C分委员会,在1979年的海牙会议上决定成立研究电力牵引所造成的无线电干扰的工作组。国际铁路联盟 (UIC)是这个工作组成员之一。中国从70年代开始了这方面的研究工作。   
  原因 电气化铁路形成的无线电干扰源有:①电力机车受电弓在接触网导线上滑动产生的无线电噪声,表现为相对稳定的连续噪声、分离的脉冲串以及随机产生的孤立脉冲;②接触网部件绝缘不良而产生的放电;③机车上及线路上的开关、逆变器、整流器等设备产生的无线电噪声。其中①是主要的,也是研究工作的重点,②属于故障现象,③一般不造成对外界无线电设备的干扰。   
  参数 同其他人为无线电干扰一样,电气化铁路的无线电干扰的强度可以用天线噪声系数、单位带宽内的噪声电平或用指定带宽下的噪声电平等参数来表示。中国按CISPR的建议,采用后者。它是指在一定要求条件下(带宽、过载系数等),采用准峰值检波器的测量接收机输出指示值,等效于正弦电压的有效值来表示。   
  电气化铁路无线电干扰源的特性反映在用模拟参数表示的频率特性和传播特性两个方面。频率特性指其强度随测试频率的变化规律,其场强电平的分贝值随频率的对数值线性下降。传播特性表明在接触网某点所产生的无线电噪声向外传播的特性。其传播途径有:①从接触网沿线路纵向传导,并且在传导的过程中向外辐射。这种传导当频率越高时衰减越快。②沿与线路垂直的方向以交变电磁场的形式传播,其场强电平的分贝值随距离的对数值线性下降,频率越高,下降越快。这些特性与接触网类型、供电方式、线路条件、机车种类以及列车运行情况等有关。   
  用统计参数表征无线电干扰的方法,是发展的必然趋势。统计参数中又以幅度概率分布(APD)更受重视。它有助于确定干扰源的数学模型,也是分析干扰源影响的基础参数。幅度概率分布D(Ai)定义为:超过包络幅度电平(Ai)的时间概率。   
  防护 为了减弱电气化铁路对无线电通信的影响,可以采取下列措施:①抑制干扰源。例如改革受电弓、接触网等设备或在铁路附近采取屏蔽措施。②提高接收系统的抗干扰能力。例如采用定向天线或改革被干扰设备的制式或电路。③适当增加通信设备或其天线系统与电气化铁路之间的距离。以上这些措施应在综合考虑其经济技术指标加以比较后选用。   
  研究工作的主要方面有测量方法、干扰发生的物理过程与干扰源特性、模型与统计评价、干扰的传播以及干扰的接收过程等五个方面。
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新浪微博达人勋

发表于 2012-1-9 08:00 | 显示全部楼层
{:soso_e179:}

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juki贴片机 http://www.fm***t.com/ 无纺布袋 http://www.laminatedbag.com 培训师培训 http://www.51tr.com  发表于 2013-7-2 17:26
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新浪微博达人勋

发表于 2012-1-9 08:46 | 显示全部楼层
{:soso_e181:}
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发表于 2012-1-9 19:21 | 显示全部楼层
好精辟
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新浪微博达人勋

发表于 2012-1-10 11:40 | 显示全部楼层
看帖要回,天地无悔
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新浪微博达人勋

发表于 2012-1-10 12:15 | 显示全部楼层
学习了 谢谢分享资料
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新浪微博达人勋

发表于 2012-1-11 17:28 | 显示全部楼层
ding
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 楼主| 发表于 2012-1-17 20:11 | 显示全部楼层
{:soso_e175:}
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新浪微博达人勋

发表于 2012-1-19 16:17 | 显示全部楼层
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新浪微博达人勋

发表于 2012-1-21 19:41 | 显示全部楼层
完了?{:soso_e103:}
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