铁路电气化改造对军专线油库安全的影响
来源:化拓教育网
论坛田 铁路电气化改造对军专线油库安全的影响 乔摘伟 , 霍睿 , 徐通 (1.军事交通学院国防交通系,天津300161;2.驻济南铁水路军代处,山东济南250001) 要:铁路的电气化改造在带来运输效益的同时,由于其高压、强电磁辐射的特点也给电气化铁路附近的军 用油仓库带来了巨大的危险隐患。分别从军专线电气化、正线电气化、军专线长度及位置、大地导电率、钢轨 对地电位差六方面分析了电气化对油库安全的影响。为做好油库电气化工程防护提供依据。 关键词:电气化铁路;油库;安全影响 中图分类号:E234文献标识码:A文章编号:1672—3953(2013)03—0004—04 Ik 电气化铁路具有牵引质量大、运行速度快、降低 运输成本、减少环境污染,技术经济性能优越的特 点。从1961年我国第1条电气化铁路宝凤铁路正 式交付运营,到2012年底我国电气化铁路营业里程 达4.8万km,居世界第一。随着我国铁路电气化的 发展,位于铁路沿线的油库专用线大多也进行了电 图1牵引电流回流示意图 气化改造。由于电气化铁路自身的特点’,将接触网 上的27.5 kV±1o 高压线路直接引入库区,对油 库安全造成了威胁,对战备和正常供应保障任 务的完成也有一定影响。为了做好电气化条件下各 种战备保障工作的安全防护,必须了解电气化铁路 对油库的影响机理。 回归电流由B点经钢轨入地,使钢轨对地电位 升高,钢轨中的电流分布如图2所示。图中: ・、 衄为钢轨回归电流。. 1 军事专用线电气化对油库安全的影响 1.1 线路本身的影响[J ) ’/ f 、 电气化铁路采用接触网一钢轨回路对电力机车 供电,钢轨作为供电回路中的一根导线,电力机车通 过接触网取流,通过钢轨回流至变电所,构成完整的 图2钢轨回归电流分布图 供电回路。钢轨一大地回路中由于轨枕、道砟组成 的道床与钢轨间存有漏’泄l电阻,致使钢轨回流通过 漏泄电阻产生了钢轨对地电位,漏泄电阻值小钢轨 对地电位就低,漏泄电阻值大钢轨对地电位就高。 钢轨回流通过漏泄电阻使流地的电流造成该区 域的大地地电位升高。 交流电气牵引区段,牵引电流是经钢轨一大地 回归变电所的,如图1所示。图中:I 表示接触网 图中AB段中的钢轨电流为回归电流和感应电 流的矢量和,在AB段以外钢轨电流为回归电流。 也就是说当电气化铁路军事专用线上有电力机车运 行时,电力机车与变电所之间的钢轨电流是钢轨回 归电流和感应电流的矢量和,而机车至军事专用线 末端的钢轨中为回归电流。根据图中的钢轨电流变 化趋势可知,在变电所接地端和机车所在位置钢轨 电流值最大。 T 中的电流;J 表示钢轨中的电流; 表示人地电流。 钢轨中的回归电流: 收稿日期:2013—03—1I 作者简介:乔教学科研工作伟(1985一),男,助教,主要从事国防交通方面的 626893334@qq.corn 一百11 一 厶 。式中:I舡 为轨道中的回归电流(A); 表示人地电流(A);g 表示此处“钢轨一大地”回路传播常数(1/km);z表 示为电力机车距油库装卸站台的距离。可知钢轨电 国防交通工程与技术 _ 20l3第3期 ・论坛・ 铁路电气化改造对军专线油库安全的影响 乔 伟等 通常分为三种情况:一是机车位于接轨点左侧,二是 机车位于接轨点上,三是机车位于接轨点右侧。见 图3~图5。 Ik 流呈指数曲线沿z值变化,当z取值越小时钢轨对 地电位越大, 值越大时钢轨对地电位越小。 当电力机车位于军专线装卸站台附近时,z一 0表示机车所在的位置库区装卸油站台处的钢轨电 流最大,钢轨中的电流及钢轨对地电位最高,此时对 危险品仓库尤其是油库的危害最大。 1.2 钢轨对地电位差的影响 钢轨对地电位差,就是钢轨与大地之间存在电 压差,是对电气化铁路进行防护的重点内容之一。 钢轨对地电位一般普通铁路可以达到几十伏,高速 重载铁路可以达到几百伏,钢轨对地电位达到60 V 以上时就会对人身造成危害,也会对钢轨上的信号 设备或与钢轨有关联的其他设备造成损坏。 当电力机车调车作业在军专线上走行时,钢轨 中的电流可以达到几十安培至上百安培,钢轨对地 电位也可以达到几十伏到上百伏,它的危害主要在 至 图3 机车位于C点左侧轨道电流分布图 Ik 一 于当电压达到一定程度时,会产生放电现象也就是 电火花,一般钢轨对地电位达到2 V以上,在与其他 金属物体发生点接触时,就可见明显的电火花,这对 于在铁路军事专用线路附近进行作业的工作人员、 图4 机车位于C点上轨道电流分布图 一I℃ 线路上使用的精密仪表都是十分危险的。 在军用危险品仓库进行装卸作业时,特别是油 库等液态危险品仓库的装卸作业过程中,装卸鹤管 墅 与罐口部距离十分接近,在装卸油作业时鹤管与油 罐车的罐口不可避免的会发生点接触,而两者对地 图5机车位于c点右侧轨道电流分布图 的电位差不一样,很有可能发生电火花,而且在罐口 部位的油料等危险品挥发浓度很大,当油蒸汽浓度 达到爆燃极限后,钢轨与鹤管的电位差达到0.7 V, 这三种工况分析可知,只要线路上有机车在运 行,则专用线上都有电流流过,只是电流的方向和组 成不同:当机车位于C点左侧时,专用线上的电流由 电火花能量只要0.15 mJ就可以引爆,严重威胁专 用线及仓库的安全[3]。 专用线末端沿钢轨流向牵引变电所,回归电流到专 用线线上电流几乎为零;当机车位于C点时,回归电 2 正线电气化对军专线油库安全的影响 2.1 正线电气化对军专线钢轨对地电位(电流)的 影响口 流分流到专用线上较大;当机车位于C点右侧时,专 用线中电流主要为回归电流,没有接触网的感应电 流。正线钢轨中位于c点的电位及电流可传导到专 用线的末端沿专用线入地,经大地返回变电所。 2.1.2 感应分量及大地导电率 (1)铁路军事专用线钢轨上的感应电压是由于 接触网上的交流电产生交变磁场,通过接触网与钢 军事专用线的钢轨对地电位的升高是由正线电 气化铁路钢轨回流的传导分量及接触网电流在钢轨 上产生的感应分量叠加而产生的。 2.1.1 传导分量 库区专用线一般较短,与正线铁路斜接近或垂 直的情况较多,所以,正线钢轨回流的传导分量是造 轨之间的互感M,由变化的磁场使钢轨中产生感应 电动势,从而在钢轨内形成了感应电流,沿着钢轨叠 加、传播,这就是接触网一钢轨间的互感。 由互感的原理可知钢轨上的感应电流与发生感 应的长度、接触网上电流的频率、钢轨的导电率、接 成专用线钢轨对地电位升高的主要原因。 正线铁路上的电力机车是在不断地运行当中, 国防交通工程与技术_2o13第3期 ・论坛・ 铁路电气化改造对军专线油库安全的影响 乔 伟等 地电阻、大地导电率等有关。 上的,一般影响较小,正线过车时,在库区装卸站台 (2)大地导电率是互感系数中的一个重要参数, 附近测试钢轨对地电位都比较小,一般在2 V以下。 电气化铁路接触网中的牵引电流会对周边与其平行 如果军专线从接轨点到装卸油站台的距离在2 km 的金属导体由电磁感应原理而产生纵向电动势及感 以内,一般影响较大,实际测试的结果钢轨对地电位 应电流,感应电流的大小与互感系数有关,互感系数 都很高,最高测量值可达到18.6 V。 的大小又与大地导电率的大小有关,可以说,感应电 压与电流是因变量,大地导电率是自变量。大地导电 3 军事专用线与正线的相对位置对油 率的值越小表明土壤电阻率高,土壤导电性能差,感 库安全的影响 应电压就越高;反之,大地导电率的值越高表明土壤 在实际测试正线通过电气化机车时军专线末端 电阻率小,土壤的导电性能好,感应的电压就越小。 的油库钢轨对地电位,不同的油库会出现以下几种 大地导电率对于地中的杂散电流有影响,大地导电率 情况: 小,土壤电阻率高,土壤的导电性能差,杂散电流在土 (1)机车还未到达油库测试点时,钢轨对地电位 壤中的电位梯度大,地电位升高,反之地电位则下降。 逐渐升高,当机车到达正对油库测试点时,钢轨对地 钢轨对地电位也与大地导电率有关,大地导电 电位最高,当机车远离后,钢轨对地电位逐渐降低。 率小,土壤电阻率高,土壤的导电性能差,钢轨电流 (2)机车还未到达油库测试点时,钢轨对地电位 对地泄露电阻也会增大,钢轨电流则不容易泄露到 升高不明显,当机车到达正对油库测试点时,钢轨对 地中,造成钢轨电流大,钢轨对地电位高,反之钢轨 地电位不是最高,而是当机车远离后钢轨对地电位 电流小,钢轨对地电位降低。 逐渐升高,达到最高后又逐渐降低。 2.1.3 钢轨对地电位及电流 (3)机车还未到达油库测试点时,钢轨对地电位 通过以上对钢轨回归电流和感应电流的分析, 就开始升高,达到最高时逐渐降低,当机车通过正对 军专线的钢轨对地电位及电流可以通过对感应分量 油库的测试点时,钢轨对地电位并不高。 和传导分量进行矢量和得出,军专线钢轨的对地电 (4)军专线钢轨上的电位分布,接轨点的电位高, 位及钢轨回流为: 遵循指数曲线逐渐衰减,到军专线末端时衰减到最低。 U 一己, +U加。式中: 表示军专线钢轨对 (5)军专线钢轨上的电位分布,军专线末端电位最 高,遵循指数曲线逐渐衰减,到接轨点时衰减到最低。 地电位(V);己, 表示感应电压分量(V);U加表示 传导电压分量(V)。 上述情况会在不同的油库中出现,是由于军专 线铁路、正线铁路、油库装卸油站台、储油区所处相 .r 一J 舡+I帆。式中:J 表示军专线钢轨对 互位置的不同造成的。电气化铁路供电区段的长度 地电流(A);I 表示感应电流分量(A);J加表示 从十几公里至几十公里不等,铁路弯弯曲曲,接触网 传导电流分量(A)。 在铁路上方架设,当机车在供电区段走行时,钢轨回 由于钢轨与地之间存有漏泄电阻,所以钢轨中 流通过钢轨一大地回路流回变电所,流经大地的回 的电流以传导分量为主要成分,感应分量一般较小, 归电流造成大地杂散电流,这些杂散电流的流经途 有时可以忽略不计。 径如果通过油库库区,将会造成库区的地电位升高, 2.2 军事专用线的长度对油库安全的影响 经过库区的杂散电流的强度、方向等因素会对钢轨 正线电气化铁路对油库的影响与军事专用线的 对地电位产生不同的影响,通过库区专用线钢轨回 长度有关。当正线电气化铁路电力机车取流时,军 流的杂散电流强度越强,专用线钢轨的对地电位就 专线钢轨作为铁路正线钢轨的分支,军专线钢轨上 会越高。流经方向如果是从库区军专线末端通过接 也会有钢轨回流,军专线上的钢轨电流由地中杂散 轨点再流回变电所的话,库区末端钢轨的对地电位 电流沿钢轨汇集而成,呈指数曲线分布。即军专线 将会比接轨点的电位高。如果回归电流的方向是从 越长,在军专线末端的钢轨对地电位就越小,军专线 接轨点流向军专线末端的库区装卸油站台,则接轨 越短,在军专线末端产生的钢轨对地电位就越大。 点处的电位最高,遵循指数曲线逐渐衰减,到军专线 通过实地测试发现,军专线长度超过2 km以 末端库区装卸油站台衰减至电位最低。 国防交通工程与技术_2013第3期 ・论坛・ 铁路电气化改造对军专线油库安全的影响 乔 伟等 铁路军事专用线、正线铁路、油库装卸油站台、 参考文献 储油区等的相互位置对地中回归杂散电流的流经方 [1]李聚轩,沈昌礼.铁路军事专用线[M].北京:出版 向、强度会造成不同的影响。 社,2011 [2]铁道部电气化工程局.交流电气化铁道的电磁影响及防 4 结束语 护[M].天津:天津教育出版社,1990:249—250 要消除军专线油库危险隐患,须从电气化铁路 [3]铁道部电气化工程通信信号勘测设计院.TB/T 2832— 对军专线的影响出发,通过采取降低钢轨对地电位、 1997交流电气化铁道对油(气)管道的影响防护标准 Es].北京:铁道部电气化工程局,1997 降低钢轨中的轨回流、降低钢轨与其他金属物体之 [4]陈娟.电气化铁道对输(油)气管道的影响及防护措施 间的电位差,来消除电火花发生的隐患,为电气化条 [J].电气化铁道,2010(2):43—46 件下军专线油库装卸作业安全提供保障。 On the Impact of the Electrificati0n 0f Railways on the Safety of Oil Depots Along Military Railways Qiao Wei ,Huo Rui ,Xu Tong2 (1.The National Defence Traffic Department of the Military Transportation Academy,Tianjin 300161,China; 2.Military Representation Office in Jinan Railway and Waterway Administrative Bureau,Jinan 250001,China) Abstract:Although the electrification transformation of railways improves our efficiency of transportation,the characteristics of its high voltage and strong electromagnetic radiation also potentially much endanger the military oil depots near the railways. The effects of electrified railways on o订depots along special military railways are analyzed from six aspects of the electrification of the main lines,the electrification of military railways,the length and the position of the special military railway,the earth conductivity and the potential difference between earth and the railway.The paper provides technical grounds for doing a good job of protecting military oil depots in the course of electrification engineering construction. Key words:electrified railway;oil depot;safety impact (下接第74页) [5]Siskind D E,Stagg M S,Wiegand J E,et a1.Suface mine [2]都的箭,邓正栋,张 平,等.土中爆炸地冲击作用下埋管 blasting near pressurized transmission pipelin[R].Report 线的数值模拟[J-I.爆破,2005,22(1):20—24 of Investigations R19523,to US Deparment of Interior, [3]黄成光.公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社,2002 Bureau of Mines.1994 [4]朱永全.隧道工程[M].北京:中国铁道出版社,2005 Smooth Wall Blasting Construction Technique for the Construction of the Doupengshan Mountain Tunnel Ren Yonghua (The Guizhou—Guangdong Railway Co.Ltd.,Guiyang,Guizhou 550002,China) Abstract:The smooth wall blasting technique is the basis of the tunnel construction.The effect of the smooth wall blasting plays a vital role in ensuring the quality of the tunnel,in either under-excavation or over—excavation,and in the control of costs. With the tunneling practice of the Doupengshan Mountain Tunnel as a practical example,to further improve the smooth wall blasting technique,the smooth wall blasting technique is dealt with in an all—round way in the paper,with greater stress placed on the introduction to the initial design of the smooth wall blasting operation,and the regulation of the thinking ways for the de— sign.Upon the basis of the analysis of the test statistics,the parameters of the smooth wall blasting for type-llI.一IV and—V surrounding rocks are finally chosen,which are put into the construction practice and achieve very good effect.The paper may serve as a useful reference for other similar projects. Key words:tunnel;smooth wall blasting;regulation of parameters;analysis of effects 国防交通工程与技术_国_2013第3期