杭甬客運專線對電力計量檢定中心的電磁影響分析

■ 張育明

張育明：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，高級工程師，湖北 武漢，430063

1 杭甬客運專線基本技術條件及與電力計量檢定中心的關系

杭甬客運專線為電氣化鐵道，正線為雙線，設計速度目標值為350 km/h。電力牽引采用25 kV交流50 Hz單相AT供電方式，接觸網為全補償簡單鏈型懸掛。在鐵路里程DK49+650附近有一電力計量檢定中心大樓（簡稱大樓），距離鐵路中心約20 m。此段鐵路為高架橋形式，大樓內有電能表智能檢定流水線和自動化倉庫等電子設備。

2 電氣化鐵道的電磁感應和電磁輻射影響

由于電氣化鐵道供電系統的不對稱性，可能會對平行接近的通信和廣播線路產生危險和干擾。其影響程度與牽引電流、平行長度、接近距離、大地導電率和電信線路的類型等因素有關。當交流電氣化鐵道對通信和廣播線路的影響大于國際或行業標準規定的允許值時，應采取防護措施。

牽引電流從牽引變電所流出，經接觸網傳輸到電力機車（或電力動車組）后再流至鋼軌及大地，最后返回到牽引變電所。由于地電流的作用，在附近的一定范圍內將形成不等的地電位差。這個電位差若超出附近有關設施（如通信局站）接地裝置的允許正常范圍，有可能導致設備故障或設備損壞，即應采取相應措施。

同時，電力動車組受電弓在運行中隨機離線或跳躍產生火花放電，引發的無線電脈沖噪聲可能對周邊環境造成一定程度的電磁污染，對沿線某些電磁敏感設備產生干擾影響。該噪聲頻譜分布在中頻到高頻范圍內，其水平與接觸網懸掛方式、弓網運行的協調性、列車運行速度等諸多因素有關。

3 影響分析評價

3.1 評價標準

經調查及收集資料，與大樓有關的技術要求及評價標準有：DL/T448-2000《電能計量裝置技術管理規程》及配套的學習讀本、DL/T5202-2004《電能計量系統設計技術規程》、IEC62236-2：2003《整個鐵路系統對外界的輻射》、GB2887-89《計算站場地技術條件》。

其中具體相關要求如下：

（1）計算站電磁場干擾應滿足“4.4.5.1無線電干擾環境場強——機房內無線電干擾場強，在頻率范圍為0.15～1 000 MHz 時不大于120 dB；4.4.5.2磁場干擾環境場強——機房內磁場干擾場強不大于800 A/m”。

（2）電能計量技術機構防電磁干擾的條件要求，實驗室對外來干擾信號的衰減能力應達到40～80 dB。

3.2 電磁感應影響分析

電氣化鐵道對通信等傳輸線路的電磁影響程度與平行長度密切相關，而大樓內弱電線路與鐵路的平行長度有限，感應量可忽略不計，其電磁感應不會對通信等傳輸線路產生危險及干擾。

在橋梁地段，大部分回歸電流經由鋼軌及保護線（PW線）流回，少部分則由橋墩接地鋼筋入地返回。經理論計算分析，入地電流在大樓處產生的地電位為7～9 V。 杭甬客運專線采用AT供電方式，軌道系統采用整體道床技術，鋼軌系絕緣安裝。根據武廣高速鐵路試驗段對入地電流所做的測試結果，在鐵路高架橋地段，通過橋墩接地系統流入大地的電流僅為牽引網電流的0.02%～0.05%，遠小于直接供電方式下路基地段的比例，由此導致的地電位升也將遠小于理論估算值。

大樓對地電位沒有具體允許要求，參照標準較高的弱電設施要求做比較具一定的可信度。專門從事電磁防干擾業務的中國電信電磁防護支撐中心，曾做過專題研究[1]，認為以目前的技術條件，通信局（站）地電位升至20 V時，電信機房設備仍能夠正常運行。由此可以推斷杭甬客運專線產生的地電位升不會影響大樓內的檢定設施。

3.3 工頻磁場干擾分析

目前我國高等級電氣化鐵道及電動車組按照有關歐洲標準（EN）和IEC標準設計建設，杭甬客運專線也不例外。

IEC 62236-2：2003標準中列出不同的電氣化鐵道系統在基頻時產生的典型最大電磁場值，其中交流25 kV等級電氣化鐵道的最大磁場值為142 dBμA/m，即12.9 A/m（條件為：AT供電系統下，接觸網中的電流1 500 A，在距最近的軌道中心線10 m 處，距軌道平面1 m 高時），遠遠小于GB2887-89《計算站場地技術條件》中的800 A/m允許值要求，因此位于鐵路20 m處且在室內的計量檢定設施的工頻磁場滿足環境要求。

3.4 電磁輻射影響分析

電氣化鐵道的無線電干擾是寬帶干擾，其輻射特性難以用簡單的數學公式表達，以往電氣化鐵道實測的干擾場強衰減規律亦十分復雜。

客運專線對弓網關系有嚴格的匹配要求，杭甬客運專線設計接觸網采用全補償簡單鏈型懸掛方式，弓網關系優于普通鐵路，兩者間的配合能滿足國際電工委員會IEC 62486《弓網受流技術標準》，這不僅保證了受流質量，也降低了電氣化鐵道的無線電噪聲水平。

3.4.1 理論類比分析

我國曾在20世紀70年代末，針對某軍用機場進行較全面的電氣化鐵道干擾測試研究，根據測試數據回歸的頻率特性[2]如下：

（1）頻率在30 MHz以下，在距離10 m處，干擾場強的時間概率為95%時的頻率特性為：

E10（dB）=53.24-14.81lg f（MHz）。

（2）頻率在30 MHz以上，在距離10 m處，干擾場強的時間概率為95%時的頻率特性為：

E10（dB）=61.46-10.46lg f（MHz）。

由上可見，干擾電平隨頻率的衰減速率，對短波衰減較快，對超短波衰減較慢。

（3）假設杭甬客運專線的無線電干擾與上述測試的兩種情況下的頻率特性類似，并考慮由于速度的提高增加一個13.5 dB的干擾修正量，即頻率特性分別為：

E10＝66.74-14.81lgf（30 MHz以下）；

E10＝74.96-10.46lgf（30 MHz以上）。

依此即可測算出不同頻率在10 m處的干擾場強。

然后參照國際電工委員會標準IEC 62236-2：2003標準中提出的橫向衰減計算方法，即：

Ex＝E10-n.20lg（D/10），

式中：D為接觸網至無線電敏感設施的距離（m）；

n為衰減參數，其各頻段值見表1；

E10為距鐵路10 m處的電磁輻射場強值；Ex為距鐵路D m處的電磁輻射場強值。

表1 各頻段衰減值

鐵路與大樓水平距離為20 m，軌面較地面高21.85 m，加接觸網7 m，兩者高差大約是28.85 m，接觸網與大樓一樓流水線設備的直線距離約為35 m。

因此在杭甬客運專線鐵路附近：

Ex＝66.74-14.81lgf-10.88 n （30 MHz以下），

選f＝1 MHz時，n＝1.65， Ex＝48.79 dBμV/m。

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

選f＝150 MHz時，n＝1.0，Ex＝51.78 dBμV/m。

3.4.2 實測類比分析

曾在武廣高速鐵路武漢綜合試驗段附近測試并采集大量的無線電噪聲數據，測試地點在距下行軌中心線20 m處，獲得動車組在不同的運行速度下（180～350 km/h）無線電干擾頻率特性及橫向衰減特性，歸納數據如下；

當f＝1 MHz：場強水平80～105 dB；當f＝150 MHz：場強水平55～76 dB。

3.4.3 小結

由上述理論及實測類比分析可以看出，杭甬客運專線的無線電電磁輻射場強滿足IEC 62236-2：2003中電氣化鐵路系統對外界的輻射的限值要求。大樓能夠屏蔽來自外界的電磁輻射。在電能計量實驗室的環境條件中，要求實驗室對外來干擾信號的衰減能力應達到40～80 dB，因此大樓只要按此規定設計建造，即使杭甬客運專線運營后，電能表智能檢定設備的高頻電磁環境也不會受到影響，滿足GB2887-89中不大于120 dB的要求。

4 評價結論

根據掌握的有關技術標準，運用電磁場理論及電磁輻射原理，并結合以往電氣化鐵道的實測數據，分析得出距離鐵路20 m的大樓不會受到來自杭甬客運專線電磁感應及輻射影響，無須采取防護措施。

[1]中國電信電磁防護支撐中心. 交流電氣化鐵路鋼軌入地電流對通信局站地電位升研究報告[R]. 長沙：中國電信電磁防護支撐中心，2006

[2]國家無線電管理委員會. 航空無線電導航臺站電磁環境要求GB6364－86指導材料[S]，1986

[3]IEC. 整個鐵路系統對外界的輻射（IEC 62236-2：2003）[S]，2003

[4]柳茂春. 無線電干擾計算[M]. 北京：國防工業出版社，1988