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電氣化鐵路電磁干擾防護(hù)方案研究及實(shí)踐

文檔作者：尹潮鴻文檔來源：北京中鐵建電氣化設(shè)計(jì)研究院有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年12月13日
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2015年8月
第6卷第4期
高速鐵路
SPEED RAIIJW AY
技術(shù)
TECHNOLOCY
No．4．Vo1．6
Aug．2015
文章編號(hào)：1674-8247(2015)04—oo69—o4
電氣化鐵路電磁干擾防護(hù)方案研究及實(shí)踐
尹潮鴻
(北京中鐵建電氣化設(shè)計(jì)研究院有限公司， 北京100043)
摘要：我國的既有鐵路電氣化改造工程經(jīng)常會(huì)遇到鐵路周邊存在油氣管線(穿越或平行鐵路)、油(危險(xiǎn)品)
庫、運(yùn)油專用線等危險(xiǎn)源，尤其是鐵路穿越化工廠區(qū)段時(shí)，交流電氣化鐵路接觸網(wǎng)會(huì)對(duì)穿越鐵路、平行鐵路的
管道以及鐵路兩邊的庫區(qū)、設(shè)備、專運(yùn)線等產(chǎn)生電磁感應(yīng)電勢，同時(shí)產(chǎn)生危害，不但腐蝕管道，還有可能對(duì)操
作人員安全造成人身危害。文章論述了電磁干擾的危害及原因并重點(diǎn)闡述具體的電磁防護(hù)方案，結(jié)合辛泰
鐵路穿越齊魯石化化工區(qū)的電磁防護(hù)工程，提出了改進(jìn)型固態(tài)去耦排流系統(tǒng)的電磁防護(hù)措施。文章研究的
目的是通過論述電氣化鐵路對(duì)鐵路周邊油氣管線、油庫等危險(xiǎn)源的電磁干擾防護(hù)方案，結(jié)合實(shí)際工程，對(duì)國
內(nèi)同類型電氣化鐵路電磁防護(hù)工程具有指導(dǎo)性意義。
關(guān)鍵詞：電氣化鐵路；危險(xiǎn)源；電磁干擾防護(hù)
中圖分類號(hào)：U228．6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
Schematic Research and Practice on Electromagnetic Interference
Protection of Electrified Railway
YIN Chaohong
(Electrification Design&amp;amp;Research Institute，China Railway Construction Corp．，Beijing 10043，China)
Abstract：The dangerous sources such as oil(gas)pipeline，oil depot and oil transportation special line often be encoun—
tered in the electrification reconstruction project of the existing railway in China，especially when the electrified railway
passes through chemical plant area，AC electrified railway OCS may generate electromagnetic induced electromotive force
and cause hazard to the oil(gas)pipeline across the railway，parallels to the railway and depot area，equipment and
transportation special line on both sides of the railway，which may not only co．ode the pipeline，but also hurt the operat—
ing pe~onne1．This paper expounds the harm and reason of electromagnetic interference，especially the concrete electro—
magnetic protection scheme，and combined with the electromagnetic protection engineering of Xindian—Taian Railway
crossing chemicM industry area of Qilu Petrochemical Technology，the electromagnetic protection scheme of improved sol—
id state decoupling current drainage system is put forward．By means of expounding the electromagnetic interference pro—
tection scheme for the dangerous sources such as oil(gas)pipeline，oil depot，etc．a(chǎn)round the electrified railway，com．
bined with the practical engineering，this paper provides guidance to the electromagnetic interference protection engi—
neering of the same type of other electrified railways in our country．
Key words：electrified railway；sources of dangerous；electromagnetic interference protection
引言 有鐵路電氣化改造工程，經(jīng)常會(huì)遇到鐵路周邊存在油
氣管線、油庫(易燃易爆品庫)、專運(yùn)線等危險(xiǎn)源，電氣
近年來，隨著我國鐵路事業(yè)的大力發(fā)展，特別是既 化鐵路接觸網(wǎng)會(huì)對(duì)其帶來電磁干擾，如果不采取防護(hù)
收稿日期：2015-03．26
作者簡介：尹潮鴻(1984-)，男，工程師。
措施，必然會(huì)帶來嚴(yán)重后果，必須高度重視。本文結(jié)合
辛泰線電氣化改造工程穿越齊魯石化化工區(qū)的電磁干
擾防護(hù)工程，論述電磁干擾的危害及原因，并重點(diǎn)闡述
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第4期 尹潮鴻：電氣化鐵路電磁干擾防護(hù)方案研究及實(shí)踐 2015年8月
具體電磁防護(hù)方案。
2 對(duì)危險(xiǎn)源(油氣管道、油庫等)的危害
及原因分析
2．1 危害影響
交流電氣化鐵路接觸網(wǎng)會(huì)對(duì)穿越鐵路、平行鐵路
的管道以及鐵路兩邊的庫區(qū)、設(shè)備、專運(yùn)線等產(chǎn)生電磁
感應(yīng)電勢，產(chǎn)生危害。其危害主要有腐蝕干擾和危險(xiǎn)
影響兩方面。
電氣化鐵路接觸網(wǎng)牽引電流的磁影響及回流電
流，經(jīng)鋼軌人地的電流形成對(duì)地電位，引起管道與大地
間電位差不斷升高，危及管線維護(hù)作業(yè)人員人身安全
和導(dǎo)致陰極保護(hù)裝置損壞。特別是故障狀態(tài)下，瞬間
感應(yīng)電壓的升高，造成的瞬間高感應(yīng)電壓可能擊穿絕
緣層，擊傷管道，危害操作人員安全。這種影響稱為危
險(xiǎn)影響。
另一方面，電氣化鐵路接觸網(wǎng)牽引電流產(chǎn)生的磁
影響及回流電流，經(jīng)鋼軌人地的電流形成地電位產(chǎn)生
復(fù)合電位。如果這種電位大到足以影響金屬管道陰極
保護(hù)裝置的正常工作，甚至?xí)铀俟艿赖母g，在長期
影響下，有可能引起交流腐蝕，這種干擾稱作腐蝕
D 。原因分析
我國電氣化鐵路采用單相工頻交流供電制式，接
觸網(wǎng)額定電壓27．5 kV。電力牽引的供電回路采用接
觸網(wǎng)一鋼軌(大地)方式，屬于不平衡供電系統(tǒng)，這種
不平衡的供電系統(tǒng)，將對(duì)周圍空間產(chǎn)生電場和磁場，對(duì)
鄰近的弱電設(shè)備、油氣管道等產(chǎn)生干擾影響。為減少
這種電磁干擾，我國現(xiàn)在一般采用直接供電方式(帶
回流線)，這能使鋼軌電位大為降低，使電磁干擾得到
較好抑制。
綜上，電氣化鐵路的電磁干擾影響主要是通過容
性耦合、阻性耦合和感性耦合的方式進(jìn)行。
2．2．1 磁感應(yīng)耦合
磁感應(yīng)耦合又叫磁干擾。牽引電流流經(jīng)接觸網(wǎng)時(shí)
產(chǎn)生交變磁場，該磁場通過空氣、土壤等電磁波介質(zhì)傳
導(dǎo)。因此，在電氣化鐵路附近的油氣管道、鋼棧橋和鋼
軌等金屬物體，在該磁場的影響下產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，使
金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電壓和電流。該電磁感應(yīng)電壓可
按式(1)計(jì)算：
E=~coMA。A L (1)
式中：E— — 金屬導(dǎo)體的電磁感應(yīng)電壓(V)；
， —— 接觸網(wǎng)電流(A)；
A ——鋼軌屏蔽系數(shù)；
A ——其他與電氣化鐵道平行的金屬導(dǎo)體綜合
屏蔽系數(shù)；
— — 金屬導(dǎo)體與接觸網(wǎng)的平行長度(km)；
— — 接觸網(wǎng)和金屬體的單位互感。其
M 2 詈)× H／ ， 1
． 78n 4下 。z
0為兩導(dǎo)體問的平行接近距離(em)；6為大地導(dǎo)電率。
由式(1)可知，當(dāng)油氣管線、專運(yùn)線、油庫、易燃易
爆品庫等越接近電氣化鐵路，感應(yīng)電壓越大，其安全隱
患就越大。
2．2．2 容性耦合
容性耦合又叫靜電影響。高壓牽引供電線路和金
屬導(dǎo)體之間由于高壓靜電場的作用，通過相互間分布
電容的耦合，引起金屬體對(duì)地電壓升高。
由于大地具有良好的靜電屏蔽作用，因此一般情
況下，容性耦合不會(huì)對(duì)埋設(shè)在地下的金屬管道產(chǎn)生
影響。
靜電感應(yīng)電壓其值可按式(2)計(jì)算：
= _ (2)
式中： 鋼軌、架空油氣管道等金屬體上的靜電感
應(yīng)電壓(V)；
K——系數(shù)，根據(jù)距離遠(yuǎn)近可以取0．6或0．4；
— — 接觸網(wǎng)電壓(V)；
口— — 鋼軌等金屬體對(duì)接觸網(wǎng)的接近距離(m)；
6——接觸網(wǎng)懸掛高度(rn)；
c——鋼軌等金屬體的平均架設(shè)高度(m)。
2．2．3 阻性耦合
阻性耦合又叫人地電流影響。在電流人地點(diǎn)相對(duì)
于遠(yuǎn)處，大地問通過相互間分布電容的耦合產(chǎn)生電位
差。由于阻性耦合的存在，使路基附近的管道處于地
電位梯度變化劇烈的突土壤中，而引起管道的地電位
升高。
管道等金屬體附近的電位計(jì)算公式相當(dāng)復(fù)雜，一
般情況下，可以簡化成以下公式計(jì)算：
V ： 6y
．
1Ao[
。 +0．12一In(AoX)] (3)
式中：，-一進(jìn)入鋼軌的電流(A)；
— — 鋼軌一大地回路傳播系數(shù)(1／m)；
— — 管道到鋼軌的最近距離(m)。
3 電磁防護(hù)總體設(shè)計(jì)方案
電氣化鐵路的電磁干擾防護(hù)方案，主要依據(jù)是
TBT 2832—1997《交流電氣化鐵道對(duì)油(氣)管道(含
油庫)的影響容許值及防護(hù)措施》上的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合
工程實(shí)際，電磁防護(hù)方案主要采取排流措施。
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3．1 改進(jìn)型固態(tài)去耦排流系統(tǒng)
如圖1所示，排流系統(tǒng)由一套改進(jìn)型固態(tài)去耦排
流器件與犧牲陽極地床組成。固態(tài)去耦排流器件有分
路的2條輸出線，一端連接到管道，另一端連接到陽極
地床的匯流電纜上。系統(tǒng)接入后不僅有效排出管道上
雜散電流，還能阻止部分大地中的電流干擾源通過排
流系統(tǒng)流人管道。
犧牲陽極
接地極
圖1 排流系統(tǒng)原理示意圖
陽極地床采用鎂合金犧牲陽極接地極。根據(jù)計(jì)
算，確定陽極支數(shù)一般為l0支左右，陽極間距1．5 m。
以立式方式埋設(shè)在管道一側(cè)，與管道凈距離一般要大
于2 m。
將固態(tài)去耦排流器件的啟動(dòng)電壓調(diào)整為需要值，
如一2．0 V／+2．0 V、一2．0 V／+0．5 V等。在遇到管道
或儲(chǔ)罐受高壓線、鐵路等干擾時(shí)，管道或儲(chǔ)罐上的感應(yīng)
電壓會(huì)升高。當(dāng)管道或儲(chǔ)罐的干擾電壓超過設(shè)置的啟
動(dòng)電壓值后，排流器啟動(dòng)，將干擾電壓限制在+2．0 V
或一2．0 V。伴隨著管道或儲(chǔ)罐干擾電壓的出現(xiàn)，管道
或儲(chǔ)罐上也會(huì)感應(yīng)到干擾電流，當(dāng)排流器啟動(dòng)時(shí)，管道
或儲(chǔ)罐上的干擾電流通過排流器瞬間接入低電阻陽極
地床上直接導(dǎo)人大地，大大降低了因?yàn)橥寥离娮杪矢?
而減緩雜散電流導(dǎo)人大地的速率，直接排除管道或儲(chǔ)罐
上的有害能量。因陰極保護(hù)的電位最小值為一1．2 V，
而排流器的啟動(dòng)電壓為一2．0 V，所以排流器不會(huì)影響
到管道正常的陰極保護(hù)運(yùn)行。
3．2 深井陽極接地系統(tǒng)
當(dāng)存在多根管道并行穿越鐵路處或多儲(chǔ)罐油庫
(危險(xiǎn)品庫)區(qū)等多危險(xiǎn)源在一處的情況，在加裝改進(jìn)
型固態(tài)去耦排流系統(tǒng)的前提下，增加深井陽極接地系
統(tǒng)。深井陽極接地系統(tǒng)可避免雜散電流對(duì)接地體的干
擾，極大地減小了接地體接地電阻，排流效果較普通接
地地床更強(qiáng)。在電磁干擾復(fù)雜的危險(xiǎn)源區(qū)域，增加該
接地系統(tǒng)，以達(dá)到滿足整體電磁防護(hù)的目的。
深井陽極接地系統(tǒng)安裝如圖2所示，具體參數(shù)為：
每一組深井陽極接地系統(tǒng)包含5套預(yù)包裝貴金屬離子
接地極組成，每一套預(yù)包裝貴金屬離子接地陽極體由
貴金屬離子接地體、降阻劑、防爆接線箱、連接電纜、銅
絞線組成。深井井深10～30 in，接地電阻小于2 Q，深
井陽極安裝好后用碎石塊填埋。
測試樁
H — — —
200Inrn
圖2 深井陽極接地系統(tǒng)安裝示意圖
3．3 針對(duì)危險(xiǎn)源的具體防護(hù)方案
由于現(xiàn)場存在的危險(xiǎn)源多種多樣，具體方案必須
結(jié)合現(xiàn)場情況制定，大概可以將防護(hù)方案以危險(xiǎn)源劃
分為以下幾種?！猒
3．3．1 單根油氣管線穿越鐵路
當(dāng)單根油氣管道下穿鐵路時(shí)，防護(hù)的主要作用是
排流。在鐵路兩側(cè)各埋設(shè)一套改進(jìn)型固態(tài)去耦排流系
統(tǒng)或根據(jù)現(xiàn)場施工作業(yè)面，將系統(tǒng)按照實(shí)際排流效果
與計(jì)算數(shù)據(jù)將兩套系統(tǒng)埋在一側(cè)，如圖3所示。對(duì)于
既有上跨鐵路的油氣管線，根據(jù)TBT 2832—1997《交
流電氣化鐵道對(duì)油(氣)管道(含油庫)的影響容許值及
防護(hù)措施》中的有關(guān)規(guī)定，需要升高到距軌面11．1 m以
上，才能滿足容許值要求。對(duì)于大多數(shù)電磁防護(hù)工程
來說，升高管道較難實(shí)現(xiàn)，一般情況下采用將管道遷改
至地下，穿越鐵路并增設(shè)排流防護(hù)措施的防護(hù)方案。
接地極
圖3 下穿管道電磁防護(hù)安裝示意圖
犧牲陽極
接地極
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D
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3．3．2 單根油氣管線平行鐵路
當(dāng)單根油氣管道平行臨近電氣化鐵路時(shí)，需根據(jù)
現(xiàn)場管道的平行長度安裝改進(jìn)型固態(tài)去耦排流系統(tǒng)，
如圖4所示。
鐵路
試樁
犧牲陽極
接地極
試樁
犧牲陽極
接地極
圖4 平行管道電磁防護(hù)安裝示意圖
3．3．3單個(gè)油罐(危險(xiǎn)品儲(chǔ)灌)
對(duì)于單個(gè)油罐(危險(xiǎn)品儲(chǔ)灌)靠近鐵路，其距離不
滿足TBT 2832—1997《交流電氣化鐵道對(duì)油(氣)管
道(含油庫)的影響容許值及防護(hù)措施》的規(guī)定時(shí)，需
對(duì)儲(chǔ)罐采用檢測雜散電流強(qiáng)弱源，確定數(shù)量的方式進(jìn)
行擇強(qiáng)分配安裝改進(jìn)型固態(tài)去耦排流系統(tǒng)，如圖5
所示。
固態(tài)去耦
排流器件
圖5 單油罐電磁防護(hù)安裝示意圖
陽極
極
3．3．4 多危險(xiǎn)源
當(dāng)鐵路穿越化工區(qū)時(shí)，往往會(huì)遇到密集危險(xiǎn)源的
情況，如多根管道并行、穿越鐵路處或多儲(chǔ)罐油庫(危
險(xiǎn)品庫)區(qū)，除了在每個(gè)危險(xiǎn)源處安裝改進(jìn)型固態(tài)去
耦排流系統(tǒng)，還需根據(jù)現(xiàn)場施工作業(yè)面，將系統(tǒng)按照實(shí)
際排流效果和計(jì)算數(shù)據(jù)，增加深井陽極接地系統(tǒng)以加
強(qiáng)防護(hù)效果，并將2套系統(tǒng)埋在一側(cè)，如圖6所示。
3．3．5 運(yùn)油專用線
運(yùn)油專用線安裝2套改進(jìn)型固態(tài)去耦排流系統(tǒng)基
礎(chǔ)上，再增加2組深井陽極接地系統(tǒng)，保證鋼軌、輸油
管道、鶴管、鋼棧橋等電位跨接并接地，且接地電阻不
大于10 Q，確保交流電氣化鐵道區(qū)段油庫專用線鋼軌
與鶴管的電位差小于0．7 V。
深井陽極
接地地床
犧牲陽極
接地極
圖6 多危險(xiǎn)源并存電磁防護(hù)安裝示意圖
4 辛泰線電磁防護(hù)工程
辛泰鐵路是從臨淄(辛店)經(jīng)萊蕪到泰安的國鐵
一級(jí)鐵路，從臨淄站出站10 km沿線是齊魯石化化工
區(qū)。該區(qū)域的危險(xiǎn)源種類多且現(xiàn)場情況復(fù)雜，單根平
行、上跨、下穿鐵路管線，多根管線平行穿越鐵路，運(yùn)油
專用線，多儲(chǔ)罐油庫(危險(xiǎn)品)區(qū)等，涵蓋了國內(nèi)電磁
防護(hù)工程的所有種類。本次電磁防護(hù)工程遇到單危險(xiǎn)
源采用的改進(jìn)型固態(tài)去耦排流系統(tǒng)，多危險(xiǎn)源根據(jù)現(xiàn)
場情況加裝深井陽極接地系統(tǒng)以加強(qiáng)防護(hù)效果。
現(xiàn)場加裝電磁干擾防護(hù)措施后，能將陰極保護(hù)電
流完全限制在被保護(hù)構(gòu)件的表面，使其均勻地極化，以
提供均勻的保護(hù)，消除直流雜散電流的干擾，并防止不
同金屬構(gòu)件之間產(chǎn)生電偶腐蝕電流。試驗(yàn)測量數(shù)據(jù)均
能滿足TBT 2832—1997《交流電氣化鐵道對(duì)油(氣)
管道(含油庫)的影響容許值及防護(hù)措施》的相關(guān)
要求。
5 結(jié)束語
電氣化鐵道對(duì)其沿線區(qū)域的油氣管道、油庫、易燃
易爆品庫、專運(yùn)線存在電磁干擾，當(dāng)干擾值超過容許的
限值時(shí)就會(huì)危及設(shè)備和人員的安全，必須采取電磁防
護(hù)措施。尤其對(duì)于那些穿越石油化工區(qū)域、沿線化工
廠多的地段，必須高度重視電氣化鐵路的電磁防護(hù)，采
取合理可靠的防護(hù)措施，以保證設(shè)備和人身的安全。
經(jīng)過實(shí)踐證明，本文所描述的電磁防護(hù)方案能有
效地抑制交流雜散電流與交流感應(yīng)電，為國內(nèi)同類型
電氣化鐵路電磁防護(hù)工程提供指導(dǎo)性意義。
參考文獻(xiàn)：
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(下轉(zhuǎn)第35頁)
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第4期 姚裕春，等：無砟軌道鐵路陡坡路基加固結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方法分析 2015年8月
圖14 方案7
為板椅式樁板結(jié)構(gòu)，并已獲得專利授權(quán)。該新結(jié)構(gòu)較
傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有控制變形好，工程投資省等優(yōu)點(diǎn)，在多個(gè)
具體工程中得到了推廣應(yīng)用，如圖15所示。
6 結(jié)論
圖15 方案7工程應(yīng)用
針對(duì)高速鐵路陡坡路基需要嚴(yán)格控制不均勻沉降
的要求，本文通過創(chuàng)新分析方法，根據(jù)沖突理論化解有
害因素，通過物質(zhì)一場分析得到標(biāo)準(zhǔn)解，通過對(duì)各方案
優(yōu)缺點(diǎn)比選得到最終解。創(chuàng)新分析方法可以有效克服
思維定勢，使方案選擇更加具有系統(tǒng)性和科學(xué)性。經(jīng)
分析，無砟軌道鐵路陡坡路基存在問題的實(shí)質(zhì)是出現(xiàn)
過大的橫向差異沉降，問題的沖突區(qū)域?yàn)槎钙绿钪w，
選擇的板椅式樁板結(jié)構(gòu)是目前技術(shù)條件下，解決無砟
軌道鐵路陡坡路基不均勻沉降的較好加固結(jié)構(gòu)形式。
參考文獻(xiàn)：
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