交流電力牽引對通信信號的影響，交流電氣化鐵路的接觸供電網對附近的有線電通信、無線電通信和鐵路信號產生電磁感應，造成有線電通信和鐵路信號的線路上產生有害的電流和電壓，干擾附近的無線電通信信號的現象。
基本介紹
- 中文名：交流電力牽引對通信信號的影響
- 所屬學科：電學
主要影響,影響原因,
主要影響
電力牽引對有線電通信的影響
第二次世界大戰前，歐洲有些國家興建了16卭赫的單相交流電氣化鐵路。戰後很多國家發展工業頻率（簡稱工頻）單相交流電氣化鐵路。為了防止交流電氣化鐵路對通信和鐵路信號線路的影響，開始把通信電纜埋入地下，同時開始研製高禁止性能的電纜。瑞典最先在16卭赫的交流電氣化鐵路的接觸網上裝設吸流變壓器，以降低對通信信號線路的感應影響。60年代中期，日本在交流電氣化鐵路接觸網上採用自耦變壓器來降低對通信信號線路的感應影響。中國於1960年建成寶雞至鳳州段的單相工頻2.5千伏交流電氣化鐵路，採用鉛包護套外繞鋁線的鋼帶鎧裝通信電纜。其後建成的電氣化鐵路上均用鋁包鎧裝通信電纜。1975年開始在部分電氣化鐵路接觸網上裝設了吸流變壓器。
影響原因
電感應、磁感應和地電流是電力牽引對通信信號造成影響的主要原因。
① 電感應。也稱容性耦合。接觸網與平行的架空通信信號線間存在電容，通信信號線與大地間也存在電容。當接觸網上有對地電壓(U)時，經過電容耦合，在對地絕緣的通信信號導線上產生對地電壓。如果人體同時與導線和大地接觸，通過電容而來的電流就會經人體流入地中。電感應的電壓和電流正比於U，近似地與通信信號線至接觸網距離的平方成反比。金屬護套接地的電纜或埋地的塑膠護套電纜中的芯線，則因得到禁止而不受電感應影響。
② 磁感應。也稱感性耦合。接觸網中電流I在其周圍所產生的交變磁場與平行於軌道的通信信號線相耦合。在通信信號線上產生沿其長度縱向分布的感應電動勢(E)，稱為縱向電動勢。其大小可用下式計算： E＝2πfMI憼K1K2K3 式中f為電流頻率；M為接觸網與通信信號線間每公里的互感，它是大地導電率、頻率和通信信號線至接觸網間距離的函式，隨著三者的增加而逐漸減小；憼是通信信號線與接觸網平行的長度；K1是軌道的禁止係數，它隨著股道數的增加而變小，並隨大地導電率而變化，單線鐵道K1約為0.4～0.5，複線鐵道K1約為0.3～0.4；K2是通信電纜的實效禁止係數，與電纜護層的結構以及護層接地的情況有關，近似地與頻率成反比；K3是其他接地導體（如附近的電纜或金屬管道等）的禁止係數。
③地電流。也稱阻性耦合。牽引電流經軌道漏泄入地為地電流。由於電阻耦合，入地點附近大地電位升高。如果以大地作為迴路的通信信號設備的工作地線靠近入地點，就有可能影響設備的正常工作。在接觸網接地短路情況下，入地點附近的接地通信電纜金屬護套和芯線之間可能產生較高電壓，從而造成護套和芯線間絕緣的擊穿。電氣化鐵路因有軌道的禁止作用，而且牽引電流是沿軌道分布漏泄入地，所以地電流對通信信號的影響並不嚴重。
影響
可分為危險影響和干擾影響。感應的電流電壓足以危害人身和設備的安全或引起鐵路信號設備的誤動作，稱為危險影響。感應的電流電壓足以破壞通信設備的正常工作，如在電話迴路中引起雜音，使電報信號失真等，稱為干擾影響。在通信和鐵路信號線上感應產生的有害的電流和電壓，只允許在一定限度內。如超過這個限度則必須採取防護措施。這個限度稱為危險影響和干擾影響的標準。
防護
①在接觸網上採取的措施。一種是裝設吸流變壓器和回流線。每隔2～4公里處設一台變壓比為1的吸流變壓器。它的初級線圈和次級線圈分別串接在接觸網和回流線中，在相鄰兩台吸流變壓器中心點附近由吸上線將回流線和軌道相連。吸流變壓器初、次級線圈間產生互感作用，使絕大部分的牽引電流經回流線返回變電所。接觸網的電流與回流線的電流方向相反，對通信信號線的感應起到了一定的抵消作用。另一種措施是裝設自耦變壓器和饋電線。在接觸網上每隔10公里左右裝設一台自耦變壓器。其中心點接軌道，接觸網和饋電線分別接在自耦變壓器的兩端，即成為一個兩倍於對地電壓的供電系統。接觸網和饋電線向自耦變壓器供電時，軌道上的電流經自耦變壓器中心點由饋電線流回的數值，幾乎與接觸網中的電流相同。回流線或饋電線中電流的相位與接觸網中電流的相位相反，因此對接觸網中電流在平行的通信信號線上的磁感應起到抵消作用，從而大大降低感應縱電動勢。此外，在牽引變電所或分區亭設定電阻電容串聯的阻尼裝置，可以抑制接觸網的諧振，減少牽引電流中高次諧波的分量，從而減少電話中的雜音干擾。 ②在通信和鐵路信號線路上採取的措施。第一，埋設有禁止作用的通信電纜：採用金屬護層實效禁止係數K2小的電纜。用導電率高的材料（例如鋁）作包皮可減小護層的直流電阻；用導磁率高的材料作鎧裝可增大護層的電感。此外，護層應有良好的接地。接地電阻愈小，K2也愈小。在接地電阻等於零的理想條件下的禁止係數稱為電纜的理想禁止係數。電氣化鐵路用的通信電纜的護層一般是鋁包加兩層低碳鋼帶鎧裝，它的理想禁止係數約為0.1左右。如果用導磁率更高的材料（例如特製的純鐵帶等）作鎧裝，可進一步降低理想禁止係數。第二，在通信信號線上裝設隔離變壓器。因為縱電動勢與平行長度l成正比，將通信線分成數個小段，相鄰段之間接入隔離變壓器，使信息的有效頻帶仍能通過，而感應縱電動勢相應減小了。第三，在通信線上裝設中和變壓器（或幻通諧振變壓器）。這也是將通信線全長l分成幾個小段，中和變壓器次級線圈串接在兩相鄰段之間，初級線圈串接在特設的兩端接地的領示線之間。領示線與地形成迴路，由於磁感應產生的縱電動勢使其中流過感應電流。因中和變壓器的阻抗大大超過通信線的阻抗，使線路上感應的縱電動勢分段加在中和變壓器的初級線圈上，並在其次級線圈上產生同樣的、但相位相反的電動勢，這個電動勢恰好與線路上分段感應的縱電動勢抵消，使通信信號線上的縱電動勢不隨l正比增長。幻通諧振變壓器是利用幻線作為領示線，經過50赫諧振迴路接地。第四，利用上述類似的原理，在電纜上裝設禁止變壓器，以降低電纜芯線上的感應縱電動勢。另外，在機械設備上也可採用某些抗干擾措施。
軌道是與接觸網平行的分布接地的導體，當牽引電流在電氣化鐵路的軌道和鄰近的軌道中流過時，由於兩條鋼軌的縱向阻抗和對地漏泄電流的不一致，在以兩條軌道作為傳輸的軌道電路接收端會出現較大的干擾電壓。因此，必須選用具有足夠防護能力的軌道電路制式，一般是採用避開牽引電流基波及其各次諧波的頻率作為軌道的信號源的頻率，在接收端具有足夠區分干擾和有用信號的能力。
電力牽引對無線電通信的影響
由於電力牽引引起在其射頻頻段內的電磁騷擾對有用無線電信號的損害，即為電力牽引引起無線電干擾。 早在20世紀30年代就開始了這方面的研究工作。但直到近年才逐漸引起更多的注意。為此。成立於1934年的國際無線電干擾特別委員會(CISPR)所屬的C分委員會，在1979年的海牙會議上決定成立研究電力牽引所造成的無線電干擾的工作組。國際鐵路聯盟(UIC)是這個工作組成員之一。中國從70年代開始了這方面的研究工作。
原因
電氣化鐵路形成的無線電干擾源有：①電力機車受電弓在接觸網導線上滑動產生的無線電噪聲，表現為相對穩定的連續噪聲、分離的脈衝串以及隨機產生的孤立脈衝；②接觸網部件絕緣不良而產生的放電；③機車上及線路上的開關、逆變器、整流器等設備產生的無線電噪聲。其中①是主要的，也是研究工作的重點，②屬於故障現象，③一般不造成對外界無線電設備的干擾。
參數
同其他人為無線電干擾一樣，電氣化鐵路的無線電干擾的強度可以用天線噪聲係數、單位頻寬內的噪聲電平或用指定頻寬下的噪聲電平等參數來表示。中國按CISPR的建議，採用後者。它是指在一定要求條件下（頻寬、過載係數等），採用準峰值檢波器的測量接收機輸出指示值，等效於正弦電壓的有效值來表示。
電氣化鐵路無線電干擾源的特性反映在用模擬參數表示的頻率特性和傳播特性兩個方面。頻率特性指其強度隨測試頻率的變化規律，其場強電平的分貝值隨頻率的對數值線性下降。傳播特性表明在接觸網某點所產生的無線電噪聲向外傳播的特性。其傳播途徑有：①從接觸網沿線路縱向傳導，並且在傳導的過程中向外輻射。這種傳導當頻率越高時衰減越快。②沿與線路垂直的方向以交變電磁場的形式傳播，其場強電平的分貝值隨距離的對數值線性下降，頻率越高，下降越快。這些特性與接觸網類型、供電方式、線路條件、機車種類以及列車運行情況等有關。
用統計參數表征無線電干擾的方法，是發展的必然趨勢。統計參數中又以幅度機率分布（APD）更受重視。它有助於確定干擾源的數學模型，也是分析干擾源影響的基礎參數。幅度機率分布D(Ai)定義為：超過包絡幅度電平(Ai)的時間機率。
防護
為了減弱電氣化鐵路對無線電通信的影響，可以採取下列措施：①抑制干擾源。例如改革受電弓、接觸網等設備或在鐵路附近採取禁止措施。②提高接收系統的抗干擾能力。例如採用定向天線或改革被干擾設備的制式或電路。③適當增加通信設備或其天線系統與電氣化鐵路之間的距離。以上這些措施應在綜合考慮其經濟技術指標加以比較後選用。
研究工作的主要方面有測量方法、干擾發生的物理過程與干擾源特性、模型與統計評價、干擾的傳播以及干擾的接收過程等五個方面。
