本站原创【摘 要】随着我国经济的快速发展和科技水平的不断提高,我国电气化铁路越来越多.电气化铁路的安全与否与人们的身体健康和人身安全息息相关.针对目前我国电气化铁路发展概况,本文对其存在的一些问题进行了简要分析,同时提出相关解决措施.
【关 键 词】电气化铁路；通信线路；谐波；电磁波；牵引供电系统
0.概述
与其它类型的铁路相比,电气化铁路具有运行效率高,牵引功率大,且对环境无明显污染等优点,逐渐发展成为现代化铁路发展的必然趋势.伴随着我国经济的快速发展和科技水平的不断提高,我国的电气化铁路也越来越多.然而,由于电气化铁路采用工频交流的供电方式,运行时会产生较大的交流电流和电磁效应,这些交流电流和电磁效应会对铁道的通信线路产生很大影响.我国的单相工频交流电气化铁道牵引负荷具有非线性、单相独立、小对称性、随机波动性、相位分布广和稳态奇次性等特点.电气化铁道牵引变电所直接接入高压电力系统,因此,在运行过程中会从电网获得基波电流,向电网注入大量的高次谐波,造成谐波污染,同时降低电能质量,影响电网的安全运行和用电设备的正常使用.在电气化铁路中,电力牵引供电系统占据着非常重要的位置,当前,牵引供电系统也存在着许多问题,对我国电气化铁路的安全运行造成了很大的威胁.本文就以上问题做出统的分析,并提出相应的解决策略.
1.电气化铁路存在的问题
1.1电气化铁路对通信线路的影响
电气化铁路的交流牵引网主要由接触网、钢轨和大地为回路构成,是一种单相不对称式输电线路,供电电压为27.5kW.通信光缆和电缆沿着铁路线铺设在地下约1m左右,接触网的电流产生的磁场在金属导体中又会产生感应电压和电流,严重影响通信线路.这种影响主要有危险影响和干扰影响两种情况：危险影响由电磁耦合作用产生,在电缆芯线和光缆上产生纵电动势,这种电动势达到一定高度就会引发事故即危险影响；干扰影响由电动机车产生,电动机车的动力由直流牵引电动机提供,采用全波整流器控制,会在交流牵引网形成高频谐波电流,通过电容耦合和电感作用,感应谐波电流在金属电缆芯线对音频传输造成干扰,即干扰影响.
1.2电气化铁路谐波的产生
谐波的产生范围相对较广,例如在电能的产生、传播、转换和使用过程中都会产生谐波.在电气化铁路中,谐波是由非线性特性的电气化设备产生的,如铁芯设备是一种具有铁磁饱和特性,以电弧为工作介质的开关电源设备.谐波会对电容器组、电抗器、电机、继电器保护和自动装置和整流装置产生危害,同时还会对系统控制方式产生影响.
1.3电气化铁路通信电磁波的影响
电气化铁路通信电磁波的影响分为三类：a、电影响,b、磁影响,c、阻性耦合影响.当电气化铁路靠近通信线路,就会在接触网和大地之间产生一定的电容.接触网中的电压会与这两个电容构成回路,从而产生电流,同时在通信导线上会产生对地电压,叫做电影响.一般电影响只影响没有金属防护套的架空电缆和明线,不会影响埋设在地下的线缆.
当电气化铁道的交流牵引电流沿接触网导线通过时,就会在周围产生交变磁场.如果通信线路设在交变磁场的范围内,在通信线路上会有感应电动势产生.交流电气化铁道牵引网的供电系统是单相不对称的,无论处于正常运行还是接地故障状态,接触网电流产生的磁场都会具有很高的感应电流和感应电压,严重影响通信线路,即磁影响.
通过大地作为导线用来传输电流的交流电气化铁路,在地中会产生电流,这种电流又会产生地电位,对通信线路造成影响,这种影响叫做地电流影响或是电阻性耦合影响.电阻性耦合影响会影响地下的通信线路和通信设备,危害人身安全.
1.4铁道牵引供电系统存在的问题
铁道牵引供电系统的主要问题有无功功率、谐波电流和负序电流.无功功率和谐波电流会对电力网设备产生影响,在电力网中引起局部的串联或并联谐振,诱发继电保护装置发出错误的指令.负序电流不仅具有无功功率的危害,同时,还具有其它危害,如降低变压器的额定功率会使旋转电机产生额外的热量和动作、使电力网的输出能力降低、引起继电保护装置产生错误动作等.
2.应对措施
2.1加设绝缘变压器和绝缘节
当电气化铁道中的金属回线引入车站时,如果接入绝缘变压器,隔开外侧的感应电动势和设备,只有这样,外线的感应电动势就不会直接作用在通信设备上.另外,可以在光缆、电缆上接绝缘节,使接头处不出现电气连接,使强电影响的积累长度缩短,感应纵电动势降低.还可以每隔一定的距离,在光缆和电缆上设置防护地线来减小金属护套的接地电阻.
2.2加强谐波管理,增加换流装置的相数和加装无功补偿装置
对电气化铁路产生的谐波采取的防护措施主要有：执行相关的国家标准,加强谐波的管理；增加换流装置的相数,消除幅值大的低频相来降低谐波电流的有效值；在技术条件可行的情况下,还可在谐波源出加装动态无功补偿的装置,来补偿因快速变动负荷所需的无功、改善功率因数、滤除一些系统谐波等.
2.3电气化铁路通信光缆和通信电缆的防护
电气化铁路通信光缆的防护措施主要有：a、绝缘连接处理,用来减响的积累长度,使纵电动势降低；b、将光缆的金属构件临时接地,可以保证人员的人生安全；c、在靠近牵引变电站的接地网的位置,金属构件不要直接接地,有利于避免高电位引入光缆；d、如果光缆中有铜线,可以在铜线上安装放电管,同时,把防护滤波器接入铜线的远供回路中,可以有效地调节远供组成,使强电影响积累长度缩短；e、可以将过电压保护器接入光缆铜线的远供系统当中,这样不仅能达到防雷,还可以抑制因强电系统引起的瞬时电位的升高；f、采用无金属光缆,这样光纤通信就不会受到电磁干扰了.
电气化铁路通信电缆的防护措施主要有：a、增强金属防护套的屏蔽效应；b、在进入通信站或车站的金属回线上加绝缘变压器；c、每隔一定的距离,在光缆和电缆上接防护地线,减小金属护套的接地电阻.
2.4牵引供电系统问题的解决措施
铁道牵引供电系统问题的现有解决措施可分为两类,一类是针对无功功率与谐波电流,一类是针对负序电流的影响.第一类的解决措施：首先,通过改进机车的性能来减小谐波的产生；其次,如果整流器采用四相线PWM时,让机车的输入电流基波与电压相位相同,这样能解决功率因数和低次谐波的有关问题；再次,可以在牵引变电所里用无源、有源或两者相互结合的方式来补偿机车产生的无功功率和谐波电流.第二类的解决措施：第一,供电电压用大容量、高电压的；第二,牵引变压器采用三相-两相平衡式；第三,采用相序轮换技术使牵引供电系统的公共接人点的三相平衡.
3.结论
电气化铁路的运行状况,直接关系到旅客的生命安全.伴随着我国电气化铁路的不断增多,铁道部门应该采取相关措施,避免和消除电气化产生的谐波和电磁波对通信线路的影响,努力改进铁道牵引供电系统的诸多问题,保证其安全运行.
【参考文献】
［１］王文和.电气化铁路对通信设施的影响与防护[J].中国高新 技术企业,2010.
［２］杨潇芸,边振杰,董祥渊.电气化铁道谐波的产生、危害及其防护对策[J].科技信息,2011.
［３］王邠.电气化铁道对通信线路的影响与防护[J].运输安全,2006.
［４］陈乐林.关于电气化铁道通信电磁防护措施的研究[J].科技论坛.
［５］许立国,张冰.铁道牵引供电系统存在的问题及其应对措施.科技论坛.