论铁路电气自动化技术

贾妍

关键词：铁路；电气；自动化技术；

铁路作为交通的一种重要形式，经历了蒸汽机车、内燃机车的时代，在当前高新技术支持下，已迈上电气自动化发展道路。其原理是利用电力牵引技术代替原来的蒸汽机车和内燃机车，无论是速度和运输能力，还是节能环保，都更具优势。随着经济的进步，铁路电气自动化水平不断提升，工程总量明显增加，但也面临着新的技术难题，比如电能质量，直接影响到铁路运输安全和行业未来。要求树立创新意识，继续研发新材料新设备，以适应越来越高的技术。

1铁路电气自动化工程对材料设备的影响

1.1影响通信线路

电气自动化铁道由电力机车、牵引供电装置两大部分组成，后者又主要包括牵引变电所和接触网。在实际运行中，牵引网、大地和车道钢轨构成单相不对称的回路，路面往下约1m处铺设电缆和通信光缆，可实时掌握机车的运行情况。接触网所带电流会产生一定的磁场，通过钢轨等金属，产生感应电压和电流，从而对通信光缆的通信效果影响很大。常见的情况是信号干扰，电力机车本身不带能源，其动能来自主流牵引电动机，一旦有高频谐波电流形成，在电容耦合和电感作用下，极易干扰到音频等信号的传输。还有更危险的情况，如果发生电磁耦合作用，会引起光缆的纵电动势，超过标准值后，很有可能引发安全事故。对通信的影响可归为三种：①磁影响，在电气自动化铁道中，交流牵引电流是机车发动的能源，但电流通过接触网时，周围会产生交变磁场。在磁场范围内的通信设备因此而受影响，比如通信线路产生感应电动势，破坏信息的传递。因为其供电系统是单相不对称的，正常运行或发生故障，该磁场都会有很高的感应电流和电压，危害甚大；②电影响，正如前面所说，电气自动化铁路与通信系线路较为靠近时，引起接触网和大地之间生成部分电容，与接触网构成回路，所造成的影响为电影响；③阻性耦合影响，在铁路电气自动化系统中，大地担任的是传输电流导线的作用，在大地形成电流后影响通信，其危害主要在于地下的通信线路设备。

1.2影响电力系统

谐波指的是电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，电力谐波来源较多，影响范围较大，比如铁芯设备，可归类为开关电源。它以电弧为工作介质，并且具有铁磁饱和性，容易产生谐波。一旦谐波产生，很可能会干扰到电机运行、电容器组和继电保护等，导致各部分设备无法正常运行，甚至会影响整个电力系统，引起大面积断电。从电力机车本身来看，机车具有明显的波动性，这与很多因素有关，比如铁道建设质量是否标准、线路的运行情况，另外还有机车自身，其类型、牵引重量和速度不同，行驶效果也不相同。无论是哪种因素，如果导致牵引负荷力量不平衡则会破坏电力系统，影响非常严重。国内的牵引变电站容量一般较大，已达到90MVA，将来会有新的突破，超容量也很常见，如最高负荷值能达到240MVA，但需注意，如果电网供电能力不足，或者设备较为落后，电力系统很容易被严重破坏。

1.3影响电力机车

电力机车采用的是单相负荷，一旦接入三相对称电网，必然会影响到机车本身。首先会使得牵引变压系统产生负序电流，电流大小与牵引负荷、牵引变电器连接方式等有关。比如使用单相接线变压器，虽然会产生负序电流，但基本都会与正序电流相抵，此时若两个方向的牵引负荷相同，则正序电流和负序电流各一半；若两个方向的牵引负荷不同，负序电流与两侧才产生的负荷电流差的绝对值成正比。而采用三相接线变压器，牵引负荷引起的负序电流为正序电流的一半。负序电流产生的旋转磁场方向和机车转子的运动方向相反，在运行时会以两倍的同步转速对转子进行切割，从而形成倍频电流，随着倍频电流的升高，可能会引起转子表面的高温，造成严重的电灼伤。在这种情况下，电力机车行使中极易发生震动。

2铁路电气自动化工程对材料设备影响的对策

2.1通信线路的保护

光缆通信系统长期在接触网形成的电磁场中运行，很容易被损坏，接地时一种很有效的保护措施。所谓接地，是指将设备与接地装置进行连接，常用此法来防强电。具体措施如下：在干线电缆线路上设置屏蔽地线保护，间隔为4～5km，确保每一处屏蔽地线保护的合理设置，把电缆的金属防护套和铠装钢带通过接地装置与大地进行电气连接。这么做主要是为了将金属防护套和铠装钢带上的感应电流迅速导入大地，使干线电缆的电流归零，起到降低伤害的作用。干线电缆极易被强电严重破坏，为降低这一期的发生率，在引入室内时务必要记得绝缘气闭，气闭接头处内外分离，引出地线和屏蔽地线连接。光缆入机械室时，为防止强电流所带来的危害，也要采取应对之策，进入光纤配线架前做绝缘节，确保光纤配线架内外光缆的中心加强芯、铝箔护层、皱纹钢带铠装在结缘节套管内断开并相互绝缘。在通信设备防损方面，有必要在电缆线路进入前做好准备工作，确保电缆芯、隔离变压器等设备经接保护地。即便有强电流袭来，也可快速把强电流导入大地，达到保护通信设备的目的。地区电缆接入则需先进入总配线架，然后芯线接保护地，也能降低强电的损坏。此外，在通信总站或者通信设备较为集中的位置，应当合理设置工作地线、保护地线、屏蔽地线，通信设备直流电源正极、设备机体等与工作地线相连，接地电阻需控制在1Ω之内；设备外壳等接保护地线，电阻控制在10Ω之内；屏蔽地线的接地电阻不得超过4Ω。

2.2电气系统的保护

首先，提高牵引变电站接入的供电系统短路容量，缩短接入点和电源两者之前的距离，能够提高电力系统抵御问题的能力，控制牵引负荷注入电力系统的负序电流以及谐波电流对其造成的损害。该方案在理论上是提高铁路电能质量的有效措施，但改变电力系统原有的接线方式是一项规模很浩大的工程，成本昂贵，具体操作困难，而且短路容量不可能无限量的增长，因此治理效果还是会受到限制。其次，采用抗匹配平衡变压器，或者斯科特变压器，根据自身接线方式和变比设计，在达到一定的负荷量的情况下可以对系统三相电流转变并且完全对称，因此可以达到控制负序电流对系统造成损害的目的。最后，加设绝缘节和绝缘变压器也是有效的方法。金属回线引入车站时若能接入绝缘变压器，隔开外侧的感应电动势和设备，外线的感应电动势就不会直接作用在通信设备上。在光缆、电缆上接绝缘节，使接头处不出现电气连接，使强电影响的积累长度缩短，感应纵电动势降低。

3.结语:

在经济的推动下，铁路事业迅速发展，取得了优异的成绩，铁路电气自动化水平也不断提升。同时也面临着许多新挑战，对各方面的要求更高，无论是新建还是改造，整体难度非常大，且存在着很高的安全风险，稍有不慎，就可能会引发安全事故。铁路电气自动化的发展对周围的相关材料设备产生了很大的影响，这就要求及时采取有效的应对措施。笔者认为，随着相关措施的落实到位，我国的铁路工程建设必将获得长足的发展，并由此带动相关效益的取得。

参考文献：

[1]田志芳.铁路既有线电气自动化改造工程安全保障体系研究[D].北京交通大学,2014.

[2]张锋明.铁路电气自动化工程项目物资管理系统设计与实现[D].兰州交通大学,2017.