鐵路電氣化改造影響下的通信光纜防護(hù)工作探討

摘要：鐵路電氣化改造是我國重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，但是對(duì)沿線通信光纜線路產(chǎn)生干擾，嚴(yán)重影響了通信光纜運(yùn)行。文章結(jié)合實(shí)際，闡述了電氣化鐵路的重要性，并分析了電氣化改造對(duì)通信光纜線路產(chǎn)生的電磁干擾、電磁影響限值，最后提出了在鐵路電氣化改造影響下通信光纜的防護(hù)策略，以供相關(guān)工作者參考。

關(guān)鍵詞：鐵路；電氣化改造；通信光纜；防護(hù)工作；電磁干擾；電磁影響限值 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U227 文章編號(hào)：1009-2374（2016）05-0027-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.05.014

鐵路電氣化改造作為我國重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，具有速度快、高效節(jié)能、運(yùn)行成本低的優(yōu)點(diǎn)，但是鐵路實(shí)行電氣化改革對(duì)沿線的通信光纜線路產(chǎn)生了一系列的影響，例如電磁干擾、電磁危險(xiǎn)事故等。因此，必須采取積極有效的防護(hù)措施，根據(jù)干擾影響實(shí)測數(shù)據(jù)和計(jì)算值，確定通信光纜線路的安全位置，合理規(guī)劃沿線鐵路通信光纜線路。

1 電氣化鐵路及其應(yīng)用的重要性

1.1 電氣化鐵路的發(fā)展

電氣化鐵路的改革被我國設(shè)立為重點(diǎn)的建設(shè)對(duì)象，電氣化鐵路注重集群、聯(lián)網(wǎng)效益，并逐步形成了網(wǎng)絡(luò)化和規(guī)模化，增強(qiáng)了整體的運(yùn)輸能力，但是在鐵路牽引的過程中，采用電氣化勢必影響到了沿線的通信光纜，電氣化鐵路運(yùn)行中所產(chǎn)生的電磁如果超標(biāo)，會(huì)直接影響通信光纜的傳輸質(zhì)量，對(duì)線路工作人員也會(huì)造成人身傷害。

1.2 應(yīng)用電氣化鐵路的重要性

電氣化鐵路運(yùn)輸能力好，行駛速度快，在運(yùn)營成本占優(yōu)勢的基礎(chǔ)上還節(jié)能環(huán)保。電氣化改革尤其是對(duì)干線鐵路、陡坡和長隧道的山區(qū)干線鐵路來說，無論是技術(shù)專業(yè)領(lǐng)域，還是產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，都具有巨大的優(yōu)越性，造就了我國重點(diǎn)改造發(fā)展的地位，滿足了目前我國對(duì)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的需求。

2 電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)與電磁影響

2.1 電氣化牽引供電系統(tǒng)

電氣化牽引供電系統(tǒng)是指將電能從電網(wǎng)傳輸至電車的電力裝置，由接觸網(wǎng)、牽引變電所組成。牽引變電所的主要作用是將電力系統(tǒng)輸出電壓下降到27.5kV，將電線作為與接觸網(wǎng)電能的傳輸媒介，電車通過在沿鐵路空架設(shè)的設(shè)備獲取電能，保證電車的正常運(yùn)行。在牽引變電周圍接觸網(wǎng)，都設(shè)置有分相絕緣裝置，兩個(gè)相鄰的變電牽引所之間設(shè)置有專門的分區(qū)亭。此外，牽引供電回路是閉合線路，整個(gè)回路線以牽引變電所為起止點(diǎn)，中間依次通過饋電線→接觸網(wǎng)→電力機(jī)車→鋼軌→回流聯(lián)接。回路中經(jīng)過的電流被稱為牽引電流，對(duì)在斷開或者閉合的過程中，所產(chǎn)生的強(qiáng)烈電弧如果處理不當(dāng)，會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果。牽引網(wǎng)是由接觸網(wǎng)、鋼軌和地面回路、饋電線、回流線組成。

2.2 電磁影響

2.2.1 容性耦合影響。通俗來說，容性耦合影響就是靜電影響，是電氣化牽引供電系統(tǒng)中同接觸網(wǎng)運(yùn)行的電壓引起的。主要影響表現(xiàn)為：通信電纜工作人員在電場作用下，進(jìn)行光纜接觸工作，靜電電壓便會(huì)通過人體產(chǎn)生電流，在一定作用下，電流增大會(huì)直接影響人體安全。此外，容性耦合影響的程度，是由接觸網(wǎng)電壓和附近線路距離決定的。

容性耦合計(jì)算條件：容性耦合的感應(yīng)影響只針對(duì)架空的通信光纜，而直埋光纜是不需要考慮容性耦合影響的。

2.2.2 感性耦合影響。感性耦合影響也就是常說的此影響，引起原因在于電氣化牽引供電系統(tǒng)中，同電路導(dǎo)線電流發(fā)生牽引作用，在周圍形成磁場。影響表現(xiàn)為：磁力線對(duì)通信光纜線路的切割作用，并產(chǎn)生一定感應(yīng)電流，經(jīng)過耦合之后，光纜線路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電

動(dòng)勢。

2.3 阻性耦合影響

入地電流影響是阻性耦合影響的另一種說法。電氣化牽引供電系統(tǒng)一般是將接觸網(wǎng)作為電流曲線，并通過軌道、地面產(chǎn)生一條單相供電線路。影響表現(xiàn)為：接觸網(wǎng)中電流在經(jīng)過鋼軌的過程中，會(huì)產(chǎn)生一股較大的電流，并沿著軌道直接進(jìn)入地面。如果附近有發(fā)電廠等地線網(wǎng)、電力桿塔等接地裝置，就會(huì)導(dǎo)致其設(shè)備在強(qiáng)電作用下發(fā)生故障，地電位同光纜金屬構(gòu)件會(huì)有安全隱患。

當(dāng)?shù)叵轮甭窆饫|交叉于電氣化鐵路軌道，光纜的護(hù)套在不具備絕緣性能的同時(shí)，地面電流影響下，鋼軌下光纜金屬鋼帶的點(diǎn)位會(huì)升高，并形成一定電位差值于金屬鋼帶和加強(qiáng)芯之間。如果光纜是與電氣化鋼軌呈垂直狀態(tài)，則電位差不會(huì)受到影響。

3 電磁影響的限值分析

結(jié)合電氣化鐵路對(duì)通信電纜的影響作用和原理來看，電氣化鐵路接觸網(wǎng)無論是處于正常運(yùn)行的狀態(tài)，還是出現(xiàn)故障、短路的狀態(tài)下，所產(chǎn)生的電壓都會(huì)對(duì)通信電纜產(chǎn)生危險(xiǎn)影響、電磁干擾影響。

3.1 危險(xiǎn)影響限值

一般來說，危險(xiǎn)影響限值是根據(jù)三部分進(jìn)行考慮：（1）電磁危險(xiǎn)影響電壓的通信導(dǎo)線被人體接觸之后，電流會(huì)通過人體，并產(chǎn)生危害；（2）通信光纜線路自身的絕緣被擊穿造成的一系列損壞；（3）交流電氣化鐵路接觸網(wǎng)的狀態(tài)：正常運(yùn)行狀態(tài)、發(fā)生故障狀態(tài)。

在接觸網(wǎng)正常運(yùn)行的狀態(tài)下，電感應(yīng)會(huì)在人體接觸通信光纜金屬構(gòu)件過程中產(chǎn)生電流經(jīng)過人體。這種情況下，電流限值在15mA以內(nèi)，通信光纜感應(yīng)縱電動(dòng)勢限值在60V以內(nèi)；另外，在接觸網(wǎng)發(fā)生故障的狀態(tài)下，通信電纜感應(yīng)縱電動(dòng)勢限值達(dá)到430V以內(nèi)。

3.2 電磁干擾影響限值

一般情況下，采用縱電動(dòng)勢和地電位升來計(jì)算電氣化鐵路對(duì)通信電纜的電磁影響程度。縱電動(dòng)勢計(jì)算受到很多因素的影響，其中光纜線路和電氣化鐵路接觸網(wǎng)的互感系數(shù)，是作為縱電動(dòng)勢計(jì)算的重要參數(shù)。互感系數(shù)通常受通信電纜、電氣化鐵道接觸網(wǎng)之間距離、地面的導(dǎo)電率、接觸網(wǎng)牽引電流角頻率的影響大。也就是說，電纜和接觸網(wǎng)的距離短、地面導(dǎo)電率小，互感系數(shù)越大。另外，接觸網(wǎng)中通過的電流、兩者距離也是感應(yīng)縱電動(dòng)勢的決定因素。如果接觸網(wǎng)中電流較大，互感系數(shù)越大且兩者平行的距離較長，那么感應(yīng)縱電動(dòng)勢就會(huì)越大。對(duì)于電磁干擾影響來說，應(yīng)該依據(jù)鐵路接觸網(wǎng)的相關(guān)參數(shù)、地面導(dǎo)電率分布狀分布、通信電纜線路與接觸網(wǎng)之間的距離數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。一般情況下除了距離值是現(xiàn)場勘察得來，其他的應(yīng)該由鐵路管理方提供。此外，將計(jì)算的臨界曲線結(jié)果做一個(gè)匯總，可以作為未來新建通信電纜與電氣化鐵路安全間隔距離的重要依據(jù)。

4 鐵路電氣化改造影響下的通信光纜防護(hù)策略

電氣化鐵路改造影響下，通信電纜的影響性質(zhì)、環(huán)境等因素可以作為對(duì)其采取防護(hù)措施的重要依據(jù)。針對(duì)交流電氣化鐵路對(duì)沿線通信光纜的影響，可以采取兩種防護(hù)措施：（1）著眼于供電系統(tǒng)方面，采取相應(yīng)的抑制措施；（2）著眼于通信電纜，采取相應(yīng)的降低影響措施。在鐵路電氣化改造的影響下，遷移和改造是對(duì)通信電纜防護(hù)所采取的最有效辦法。其中遷移一般是指將受到電氣化改造影響的通信電纜，遷改到安全區(qū)域，不過需要實(shí)現(xiàn)利用相關(guān)數(shù)據(jù)和計(jì)算手段，計(jì)算出安全范圍。這種辦法工程量較大、施工周期長、不便于操作，因此不能作為首選措施；改造是指改善受影響的通信電纜的環(huán)境以及結(jié)構(gòu)，降低電氣化鐵路對(duì)其的影響值。

在通信電纜線路很接近電氣化鐵路時(shí)，對(duì)其進(jìn)行儀表實(shí)測、對(duì)照計(jì)算，數(shù)值表明此線路所受電磁干擾已經(jīng)超出限值，那么就必須采取以下防護(hù)措施：（1）嘗試增加電氣化鐵路和通信電纜的距離值，在遇到通信電纜與鐵軌相平行或者垂直的情況，應(yīng)該先計(jì)算出通信電纜不受其影響的范圍，并將該通信電纜遷移至指定的安全區(qū)域范圍。（2）一般來說，有很多通信電纜是橫跨過鐵路軌道的，像這種情況在電氣化改造中，需要采用直埋或者管道的通過方式，可以選擇隧道的頂端位置、橋洞下端部位等通過電氣化鐵路鋼軌。還有一種很常見的情況，就是通信電纜交叉于電氣化鐵路鋼軌，并且還有直埋線路。這種狀況必須在鐵路路基進(jìn)行施工時(shí)，就考慮到要以鋼管或者鋼板作為保護(hù)，還要保證交叉處電纜的絕緣性能的良好。此外，需要注意的是，電氣鐵路站點(diǎn)等地段是不能采用直埋穿過軌道的辦法。（3）對(duì)于含有金屬構(gòu)件的通信電纜線路，應(yīng)該在線路接頭的地方，也就是兩端的金屬加強(qiáng)芯、鋼帶等部分，是金屬質(zhì)地，是不做電氣連通的，有效縮短磁感應(yīng)縱電動(dòng)勢的累計(jì)段長度。（4）如果遇到類似于通道狹窄的特殊地形，會(huì)限制到操作處理，在這種情況下應(yīng)該將受到電磁影響的普通光纜改造為非金屬的通信光纜。非金屬層絞式阻燃光纜和非金屬中心加強(qiáng)層絞式光纜是最常用的，兩種電纜屬于非金屬結(jié)構(gòu)的通信光纜，擁有強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)特征：光纖松套、非金屬材料的中心加強(qiáng)、纜芯是由油膏填充以及具有阻燃性能的PE外護(hù)套。抗磁干擾性能優(yōu)良，松套管內(nèi)充入了觸變性油膏，對(duì)光纖的保護(hù)作用大大增強(qiáng)。通信光纜所具有的機(jī)械性能、耐溫性能，是非常強(qiáng)大的。阻水材料的充入有效防止水進(jìn)入光纜。此外，在進(jìn)行敷設(shè)時(shí)，最好采用管道、架空的方式。

5 討論與建議

總而言之，鐵路電氣化改造是勢在必行的，已經(jīng)成為我國的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。但是面對(duì)改造對(duì)通信電纜的一系列影響，主要是電氣化鐵路對(duì)通信電纜產(chǎn)生的電磁影響，使電纜線路金屬構(gòu)件與地面陳設(shè)的感應(yīng)電壓，對(duì)設(shè)備以及人員生命安全造成的影響和危害巨大。相關(guān)部門不得不重視，并采取相應(yīng)的防護(hù)措施，必須深入、細(xì)致地對(duì)電磁影響和防護(hù)進(jìn)行研究，并保證所采取措施的可操作性以及經(jīng)濟(jì)性。電氣化鐵路對(duì)通信光纜的影響限值，是可以依據(jù)相關(guān)公式計(jì)算的，這是指導(dǎo)、實(shí)施通信電纜防護(hù)措施的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電纜的防護(hù)，有效規(guī)避鐵路電氣化改造對(duì)通信電纜帶來的不良影響因素。

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作者簡介：尚軒（1982-），男，新疆烏魯木齊人，供職于中鐵二十二局集團(tuán)電氣化工程有限公司，研究方向：鐵路電氣化、鐵路電力、鐵路通信。

（責(zé)任編輯：周 瓊）