铁路牵引网供电方式对通信线路的影响

铁路牵引网供电方式对通信线路的影响

1用电站牵引网对通信线路的影响主网络是一种特殊的单用频率广播高压输电线。对通信线路的影响主要包括静电影响和电磁干燥影响。以下从几种不同供电方式的牵引网对通信线路的影响入手,简明的阐述了几种可减轻通信线路影响的电气化铁道牵引网供电方式对通信线路的防护原理。这些原理对牵引网与通信线路的架设有帮助意义。2接触网的静电感应牵引网是一种特殊形式的单相工频交流高压输电线路,其结构如图1所示。牵引网对通信线路产生的影响主要有两方面:一方面,接触网所带的高电压将在邻近空间产生由静电感应引起的高压电场,为静电影响;另一方面,接触网中流通的交流电流将在周围空间产生很强的交变磁场,为电磁影响。静电影响大致与接触网和通信线路的平行接近距离的平方成反比,此平行接近距离大于100m时,接触网对通信线路的静电影响可以忽略不计。通常,电气化铁道旁通信线路与接触网平行接近距离为250～350m左右,静电感应电压非常小,故忽略不计。所以供电方式以通过平衡接触网中流通的交流电流在周围空间所产生的交变磁场来减小牵引网对通信线路产生影响。3馈线的直接供电方式根据牵引网不同供电方式的要求一般可分为直接供电(BT)供电和AT供电方式和同轴电缆供电方式(CC方式),其中直供方式又分为直接供电方式(T-R方式)与带馈线的直接供电方式(T-R-NF方式)。除了T-R方式的直供电方式,其余的供电方式都可减少对通信设施的影响。这几种供电方式都是通过平衡接触网中流通的交流电流在周围空间所产生的交变磁场,以达到减少通信线路感应到的电磁影响的目的。同轴电缆供电方式是靠沿线敷设同轴电缆的内导体和外导体之间较强的互感左右来实现吸流效果的,这种供电方式应用极少。目前我国现有的可减轻通信线路的影响牵引网供电方式有带馈线的直接供电方式(T-R-NF方式)、BT供电和AT供电方式,以下也将围绕这三种供电方式展开论述。3.1架空回流线带馈线的直接供电方式是在直接供电的结构基础上增设与轨道并联的架空回流线,就成为带回流线(Negativefeeder)的直接供电(Directfeed)方式,如图2所示。3.1.1交变磁场的屏蔽效果1)原来从轨道、大地回流的电流,大部分改由架空线流回变电所,架空线与接触网距离较近,电流方向相反,可抵消大部分接触网中流通的交流电流在周围空间所产生的交变磁场,从而对邻近的通信线路增加了屏蔽效果。2)由于有了接触网与回流线的互阻抗,牵引网阻抗和轨道电位都有所降低,使得牵引网网损降低。架空线对通信线路的防干扰效果用屏蔽系数λN来衡量,λN的表达式为λN=λRNλRλΝ=λRΝλR(1)式中,λR为轨道的屏蔽系数,其值是一定的;λRN为架空回流线与轨道并联后的综合屏蔽系数,其值为λRN=1−ZTRZRλRΝ=1-ΖΤRΖR(2)式中,ZTR为接触网与“回流线+轨道”等值导线间的互阻抗,ZR为“回流线+轨道”自阻抗。3.1.2回流线与轨道串联点的间距1)适当缩小回流线与接触网之间的距离,这可以提高接触网与回流线的互阻抗,接触网与“回流线+轨道”等值导线间的互阻抗越大,回流线屏蔽系数越小,则防护效果越好,经试验表明,回流线与接触网间的距离为3.4m时,其屏蔽系数为0.6左右,若将此距离减小为1m,屏蔽系数可减小到0.5以下。但此距离也不是越小越好,要考虑绝缘问题。2)应用导电性能好的良导体做回流线,或回流线采取“裂相”方式,以减小“回流线+轨道”的自阻抗ZR,ZR越小,回流线屏蔽系数λN越小,防护效果越好。3)适当扩大回流线与轨道并联点的间距。回流线与轨道并联点的间距大小对回流线的防护效果影响较小。试验表明,若将回流线与轨道并联点的间距由3.3km减小为1.6km,其回流线屏蔽系数仅略有提高。工程设计中,回流线与轨道并联点的间距可视具体情况而定。3.2bt供电方式BT供电方式是我国早期为了减少直接供电方式对周围通信线路的干扰而提出来的一种供电方式,它是在牵引网中,每相距1.5km～4km间隔,设置一台变比为1:1的吸流变压器,其一次线圈串接与接触网中,二次线圈串接在回流线中,如图3。由于串接入1:1的吸流变压器,回流线和接触网中的电流基本上大小相等,方向相反,俩者的交变磁场基本上互相平衡(抵消)。这样就使牵引电流邻近的通信线路中的电磁感应影响大大地减小。据试验表明,投入吸—回装置比解列吸—回装置在降低通信线路感应电压效果为1:18,可见BT供电方式的电磁防护效果很好,在工程设计中,它常常与直接供电方式配合使用,这样可以获得满意的技术和经济效果。例如,在某些区段通信线路受交流牵引网干扰比较严重,要求屏蔽系数很小,可采用BT供电方式进行防护;反之,在通信线路干扰不严重的区段,用带馈线的直接供电方式满足经济效果。虽然BT供电方式对通信线路的防护效果很好,但通信线路还是有少量的剩余电磁感应,主要由三部分构成:1)由于吸流变压器原边的励磁电流,回流线电流比接触网电流小,正常情况下,吸流变压器的励磁电流约为其原边电流的1%～2%;2)接触网、回流线对通信线路相对位置的差异所造成的影响;3)接触网和回流线两者电流不相等在轨道中产生的感应电流,此感应电流对通信线路产生的“二次感应”影响。提高吸—回装置防护效果的手段有:1)为了尽量减少接触网、回流线对通信线路相对位置的差异所造成的影响,尽可能的缩小回流线与接触网的距离;2)回流线至轨道的距离应稍小于接触线至轨道的距离,以减小轨道中的感应电流对通信线的“二次感应”影响。3)采用“吸上线偏置”方式,简称“偏置”方式。BT供电方式对通信线的最大综合感应电压为“长回路”感应电压与其方向相同的“半段效应”感应电压之和。将供电臂末端的几台吸流变压器的吸上线偏置于各吸流变压器工作范围末端,可使与“长回路”感应电压与其方向相反的“半段效应”感应电压相应增大,就减少对通信线的总感应电压而提高吸—回装置的防护效果。4)合理选择BT的变比。现有BT励磁电流约为其一次电流的1%～2%,因此副、原边绕组的电流比略小于1,当副原边电流比大约等于1时,BT供电方式的防护效果较理想,因此,对架空通信线来说,BT的合理电流比约在0.95～0.96之间,防护效果较好。5)合理确定吸流变压器间的距离。缩小BT间的距离,可使“半段效应”感应电压降低,但会增加BT的数量,但BT布置过密,将增加电气化铁道工程一次投入的费用,恶化接触网的运行条件。3.3at供电方式的防护效果AT供电方式是通过在牵引网中增设正馈线和自耦变压器,将牵引供电电压提高一倍,从而使牵引网的载流量大大提高,同时也减少对通信线路的干扰的一种供电方式。AT供电方式不仅有效的减少了对通信线路的干扰,而且具有较好的经济指标,已被许多国家采用,如图AT1,AT2为变比2:1的自耦变压器,其一段与接触网连接,另一端与正馈线连接,中点与轨道连接。当机车位于AT2处,机车电流为I,在AT2原边绕组感应出电流I/2,该电流由牵引变沿接触网流出,在由正馈线流回牵引变。由于接触网与正馈线电流大小基本相等,方向相反,两者的交变磁场基本上互相平衡(抵消),使牵引电流邻近的通信线路中的电磁感应影响大大地减小。提高AT供电方式防护效果的手段有:1)适当减小AT间隔长度。减小AT间距,特别是减小变电所端第一个AT段的长度,可显著减小最大区段安倍公里值和最大全安倍公里值,使防护效果更好。但AT间距过小,AT数目增多,使工程投资与维护增加。2)使正馈线阻抗与接触网阻抗大概相等。因为AT的原副边绕组的电流流经接触网与正馈线,如果两者阻抗相差较大,其电流相位与幅值也有差别,影响防护效果。3)采用低漏抗的AT。AT漏抗越小,AT将轨道和地中电流吸至正馈线的效果越好,但漏抗越小的AT,造价越高,必须考虑经济因素。AT供电方式有许多优点,当接触网发生短路故障时,BT供电方式的吸流变将饱和,防护效果大大降低,但AT供电方式的过负荷能力为300%,此时AT供电方式的防护效果基本没有降低。AT供电方式的最重要的优点为它无需提高牵引网的绝缘水平即可将供电电压提高一倍。在相同的牵引负荷下,接触网与正馈线中的电流可减少一半。AT供电方式牵引网的单位阻抗约为BT供电方式单位阻抗的1/4左右,从而大大减小了牵引网的电压损失与电能损失,适用与现今的高速度、大电流机车的高速铁路。4客运专线供电方式综上所