杭甬客运专线对电力计量检定中心的电磁影响分析

2010-07-13张育明

铁路技术创新 2010年1期

■ 张育明

张育明：中铁第四勘察设计院集团有限公司，高级工程师，湖北武汉，430063

1 杭甬客运专线基本技术条件及与电力计量检定中心的关系

杭甬客运专线为电气化铁道，正线为双线，设计速度目标值为350 km/h。电力牵引采用25 kV交流50 Hz单相AT供电方式，接触网为全补偿简单链型悬挂。在铁路里程DK49+650附近有一电力计量检定中心大楼（简称大楼），距离铁路中心约20 m。此段铁路为高架桥形式，大楼内有电能表智能检定流水线和自动化仓库等电子设备。

2 电气化铁道的电磁感应和电磁辐射影响

由于电气化铁道供电系统的不对称性，可能会对平行接近的通信和广播线路产生危险和干扰。其影响程度与牵引电流、平行长度、接近距离、大地导电率和电信线路的类型等因素有关。当交流电气化铁道对通信和广播线路的影响大于国际或行业标准规定的允许值时，应采取防护措施。

牵引电流从牵引变电所流出，经接触网传输到电力机车（或电力动车组）后再流至钢轨及大地，最后返回到牵引变电所。由于地电流的作用，在附近的一定范围内将形成不等的地电位差。这个电位差若超出附近有关设施（如通信局站）接地装置的允许正常范围，有可能导致设备故障或设备损坏，即应采取相应措施。

同时，电力动车组受电弓在运行中随机离线或跳跃产生火花放电，引发的无线电脉冲噪声可能对周边环境造成一定程度的电磁污染，对沿线某些电磁敏感设备产生干扰影响。该噪声频谱分布在中频到高频范围内，其水平与接触网悬挂方式、弓网运行的协调性、列车运行速度等诸多因素有关。

3 影响分析评价

3.1 评价标准

经调查及收集资料，与大楼有关的技术要求及评价标准有：DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规程》及配套的学习读本、DL/T5202-2004《电能计量系统设计技术规程》、IEC62236-2：2003《整个铁路系统对外界的辐射》、GB2887-89《计算站场地技术条件》。

其中具体相关要求如下：

（1）计算站电磁场干扰应满足“4.4.5.1无线电干扰环境场强——机房内无线电干扰场强，在频率范围为0.15～1 000 MHz 时不大于120 dB；4.4.5.2磁场干扰环境场强——机房内磁场干扰场强不大于800 A/m”。

（2）电能计量技术机构防电磁干扰的条件要求，实验室对外来干扰信号的衰减能力应达到40～80 dB。

3.2 电磁感应影响分析

电气化铁道对通信等传输线路的电磁影响程度与平行长度密切相关，而大楼内弱电线路与铁路的平行长度有限，感应量可忽略不计，其电磁感应不会对通信等传输线路产生危险及干扰。

在桥梁地段，大部分回归电流经由钢轨及保护线（PW线）流回，少部分则由桥墩接地钢筋入地返回。经理论计算分析，入地电流在大楼处产生的地电位为7～9 V。杭甬客运专线采用AT供电方式，轨道系统采用整体道床技术，钢轨系绝缘安装。根据武广高速铁路试验段对入地电流所做的测试结果，在铁路高架桥地段，通过桥墩接地系统流入大地的电流仅为牵引网电流的0.02%～0.05%，远小于直接供电方式下路基地段的比例，由此导致的地电位升也将远小于理论估算值。

大楼对地电位没有具体允许要求，参照标准较高的弱电设施要求做比较具一定的可信度。专门从事电磁防干扰业务的中国电信电磁防护支撑中心，曾做过专题研究[1]，认为以目前的技术条件，通信局（站）地电位升至20 V时，电信机房设备仍能够正常运行。由此可以推断杭甬客运专线产生的地电位升不会影响大楼内的检定设施。

3.3 工频磁场干扰分析

目前我国高等级电气化铁道及电动车组按照有关欧洲标准（EN）和IEC标准设计建设，杭甬客运专线也不例外。

IEC 62236-2：2003标准中列出不同的电气化铁道系统在基频时产生的典型最大电磁场值，其中交流25 kV等级电气化铁道的最大磁场值为142 dBμA/m，即12.9 A/m（条件为：AT供电系统下，接触网中的电流1 500 A，在距最近的轨道中心线10 m 处，距轨道平面1 m 高时），远远小于GB2887-89《计算站场地技术条件》中的800 A/m允许值要求，因此位于铁路20 m处且在室内的计量检定设施的工频磁场满足环境要求。

3.4 电磁辐射影响分析

电气化铁道的无线电干扰是宽带干扰，其辐射特性难以用简单的数学公式表达，以往电气化铁道实测的干扰场强衰减规律亦十分复杂。

客运专线对弓网关系有严格的匹配要求，杭甬客运专线设计接触网采用全补偿简单链型悬挂方式，弓网关系优于普通铁路，两者间的配合能满足国际电工委员会IEC 62486《弓网受流技术标准》，这不仅保证了受流质量，也降低了电气化铁道的无线电噪声水平。

3.4.1 理论类比分析

我国曾在20世纪70年代末，针对某军用机场进行较全面的电气化铁道干扰测试研究，根据测试数据回归的频率特性[2]如下：

（1）频率在30 MHz以下，在距离10 m处，干扰场强的时间概率为95%时的频率特性为：

E10（dB）=53.24-14.81lg f（MHz）。

（2）频率在30 MHz以上，在距离10 m处，干扰场强的时间概率为95%时的频率特性为：

E10（dB）=61.46-10.46lg f（MHz）。

由上可见，干扰电平随频率的衰减速率，对短波衰减较快，对超短波衰减较慢。

（3）假设杭甬客运专线的无线电干扰与上述测试的两种情况下的频率特性类似，并考虑由于速度的提高增加一个13.5 dB的干扰修正量，即频率特性分别为：

E10＝66.74-14.81lgf（30 MHz以下）；

E10＝74.96-10.46lgf（30 MHz以上）。

依此即可测算出不同频率在10 m处的干扰场强。

然后参照国际电工委员会标准IEC 62236-2：2003标准中提出的横向衰减计算方法，即：

Ex＝E10-n.20lg（D/10），

式中：D为接触网至无线电敏感设施的距离（m）；

n为衰减参数，其各频段值见表1；

E10为距铁路10 m处的电磁辐射场强值；Ex为距铁路D m处的电磁辐射场强值。

表1 各频段衰减值

铁路与大楼水平距离为20 m，轨面较地面高21.85 m，加接触网7 m，两者高差大约是28.85 m，接触网与大楼一楼流水线设备的直线距离约为35 m。

因此在杭甬客运专线铁路附近：

Ex＝66.74-14.81lgf-10.88 n （30 MHz以下），

选f＝1 MHz时，n＝1.65， Ex＝48.79 dBμV/m。

Ex＝74.96-10.46lgf -10.88 n （30 MHz以上），

选f＝150 MHz时，n＝1.0，Ex＝51.78 dBμV/m。

3.4.2 实测类比分析

曾在武广高速铁路武汉综合试验段附近测试并采集大量的无线电噪声数据，测试地点在距下行轨中心线20 m处，获得动车组在不同的运行速度下（180～350 km/h）无线电干扰频率特性及横向衰减特性，归纳数据如下；

当f＝1 MHz：场强水平80～105 dB；当f＝150 MHz：场强水平55～76 dB。

3.4.3 小结

由上述理论及实测类比分析可以看出，杭甬客运专线的无线电电磁辐射场强满足IEC 62236-2：2003中电气化铁路系统对外界的辐射的限值要求。大楼能够屏蔽来自外界的电磁辐射。在电能计量实验室的环境条件中，要求实验室对外来干扰信号的衰减能力应达到40～80 dB，因此大楼只要按此规定设计建造，即使杭甬客运专线运营后，电能表智能检定设备的高频电磁环境也不会受到影响，满足GB2887-89中不大于120 dB的要求。