高速鐵路信號電纜不同接地方式受電磁影響分析

常媛媛

高速鐵路信號電纜負責在地面信號子系統間傳送數據、信息及電能，其自身所受的電磁影響，一定程度上決定著信號設備和控制裝置之間信息能否正確送達。因此，在進行信號電纜接地設計時，必須考慮電磁防護問題。

高速鐵路采用大功率牽引供電系統，與既有普速線路相比，一方面牽引電流增加較大;另一方面，由于采用整體道床，其鋼軌對地漏泄電阻也要大得多，這將使鋼軌電位在過車時升高。此外，高速鐵路信號電纜傳送的信息還有電平低、電流小、靈敏度高的特點，這些因素都將使信號電纜受電磁影響敏感度增加。

《高速鐵路信號工程施工質量驗收標準》4.5.3的規定:信號電纜的鋼帶、鋁護套、內屏蔽護套連通后應單端接地;電纜單端接地的每段長度不超過3 km，當超過時，中間應采取地面接續盒的方式單端接地一次。

但目前，對高速鐵路信號電纜外皮單端接地后的效果，信號電纜芯線受電磁危險干擾和危險影響的程度，都需通過現場的實際測試來得到答案。

1 信號電纜單、雙端接地受電磁影響現場測試及分析

依據津秦客專信號電纜的鋪設條件，為方便測試，選取3 km長的信號電纜，保證雙端外皮能夠打開和接地。所選電纜在靠近牽引變電所的位置，且在供電臂一側，以得到牽引供電系統對信號電纜電磁危險影響較大的測試結果。外皮單端接地和雙端接地同時進行電磁危險影響的測試。

1.1 測試內容

1.信號電纜單端接地方式下，測試芯線感應縱電勢和外皮感應縱電勢。

2.信號電纜雙端接地方式下，測試芯線感應縱電勢及外皮感應電流。

3.分析單、雙端接地芯線感應縱電勢的差異。

1.2 測試標準

GB 6830-86《電信線路遭受強電線路危險影響容許值》標準規定，強電線路正常運行狀態下，通信導線上縱電勢容許值為60 V;故障狀態下，縱電勢容許值為430 V。

1.3 測試方法

依據GB/T 13998-92《電信線路感應縱電勢和對地電壓、電感應電流及雜音計電壓的測量方法》進行。

1.4 測試方案

1.行車狀態下，將信號電纜芯線及外皮遠端單端接地 (測試儀表在近端)，測試示意圖如圖1所示，測試外皮感應縱電勢和芯線感應縱電勢;同時記錄過車時牽引電流 (牽引變電所記錄)及過車速度 (據行車計劃)。

2.將該信號電纜遠、近兩端接地 (測試儀表依然在近端)，測試示意圖如圖2所示，測試外皮感應電流和芯線感應縱電勢;同時記錄過車時牽引電流及過車速度。

3.測試感應縱電勢時，電壓表高阻接地;測試外皮雙端接地電流時，將測試端外皮接貫通地線，通過電流環和電流傳感器接入電流表測試感應電流。

圖2 雙端接地測試示意圖

2 測試結果及數據分析

測試得到近70趟車的單端接地數據，通過對測試數據進行分析，得到遠端單端接地時，芯線感應縱電勢變化如圖3所示。

圖3 遠端單端接地時芯線感應縱電勢隨機車取流變化情況

由圖3可以看出，單端接地時，芯線感應縱電勢隨機車取流變化的線性擬合曲線斜率約為0.02。實際測試電纜長度2.7 km，因此計算每千安牽引電流引起的單位長度信號電纜芯線感應縱電勢值為7 V，即牽引電流每增加100 A，單位長度信號電纜芯線感應縱電勢增加0.7 V。

測試雙端接地信號電纜芯線感應縱電勢60余組，得到信號電纜芯線感應縱電勢變化曲線及外皮分流，分別如圖4、圖5所示。由圖可以看出，雙端接地時芯線感應縱電勢，明顯低于單端接地。

圖4 雙端接地芯線感應縱電勢隨機車取流變化情況

經過線性擬合，在雙端接地時，信號電纜外皮和牽引電流的分流關系，每千安的牽引電流，在信號電纜外皮雙端接地時外皮分流約為5.5 A。單、雙端接地對比如圖6所示。

圖5 雙端接地外皮感應電流變化情況

圖6 單、雙端接地感應縱電勢隨機車取流變化情況對比分析

例如，同樣在牽引電流1000 A的情況下，外皮單端接地時，芯線感應縱電勢值為20.4 V，而外皮雙端接地時，芯線感應縱電勢值約為11 V。這說明外皮雙端接地對芯線的電磁屏蔽作用明顯，從減小芯線感應縱電勢的角度來說，外皮接地應采用雙端接地。根據屏蔽系數的經典計算公式，所測信號電纜的屏蔽系數約為0.5。

3 結論及建議

研究高速鐵路牽引供電系統對信號電纜的電磁干擾和危險影響，是高鐵建設新時期鐵路電磁兼容工作的重要內容之一。通過進行現場實測對比，可以看到:①信號電纜雙端接地時，芯線感應縱電勢的數值明顯小于單端接地;②目前高速鐵路采用信號電纜單端接地，是出于雙端接地時，由于貫通地線回流不暢或者貫通地線斷路，使信號電纜外皮對鋼軌回流的分流過大造成電纜的燒毀，而并非是因為單端接地的“屏蔽”效果比雙端接地好。

根據現場測試的實際情況，結合相關理論分析，給出以下建議。

1.高速鐵路綜合貫通地線應保持回流暢通，以避免斷線造成對接地電纜及設備的瞬時脈沖電流沖擊，引起電纜外皮燒損或者接地點附近設備故障、誤動作。如果貫通地線發生斷路，則在信號電纜外皮上就會產生很大的鋼軌回流，該回流可使電纜外皮燒損;如果貫通地線保持全線貫通，電纜雙端接地是安全的，不會發生電纜燒損的現象。

2.對于信號傳送可靠性要求較高的電纜，尤其需要注意縱向感應電動勢對芯線的影響。對于短的信號電纜，可采用單端接地方式，同時在信號電纜外皮不接地端加裝過電壓保護器，或同等相關裝置設備，防止不接地端因為感應電壓過高，造成絕緣擊穿、損壞電纜設備或危及人身安全。

3.對于長的信號電纜，如果位置跨越AT所或牽引變電所的兩側，由于同一時刻網上牽引回流方向相對于信號電纜方向相反，對信號電纜的電磁影響相對較小，可以采用分段單端接地的方式，同時在不接地端加裝過電壓保護器或其他過電壓保護裝置;如果位置在牽變所或者AT所一側，則電纜應采用雙端接地方式，或者分段雙端接地;對于傳送模擬量，如電壓量，縱向感應電勢對其影響明顯，信號電纜應采用雙端接地的方式，對芯線進行屏蔽保護，避免芯線感應縱電勢過高引起終端接收設備的誤動作。

［1］ 王洪濤.朔黃鐵路降低信號電纜屏蔽層接地電流的探討［J］.鐵道技術監督，2012，40(增刊).

［2］ 高攸剛.通信干擾專輯:關于磁影響計算的一些問題［M］.北京:水利部規劃設計管理局，1978.

［3］ 馬其祥、黃炎、趙國謙.強電線路的電磁危險影響與防護［M］.北京:中國鐵道出版社，1989.

［4］ 高攸剛.感應耦合和阻性耦合［M］.北京:人民郵電出版社，1979.

［5］ 楊世武、張旭.鐵路信號電纜接地方式研究和縱電勢測試［J］.儀器儀表學報，2013，34(2).

［6］ 楊世武、馬滄海.重載條件下牽引電流對橋梁區間信號電纜的影響研究［J］.鐵道學報，2014，36(5).

［7］ 李長征.電化區段信號電纜接地與燒損預防措施的探討［J］.技術交流，2011，8(4).