城际铁路对机场航油管道电磁影响分析与研究.pdf

文章编号:()收稿日期:基金项目:中铁第四勘察设计院集团有限公司科技研究开发计划项目()作者简介:胡宏亮()男湖北孝感人高级工程师主要从事铁路勘察设计方面的工作:.引文格式:胡宏亮.城际铁路对机场航油管道电磁影响分析与研究.铁道建筑技术():.城际铁路对机场航油管道电磁影响分析与研究胡宏亮(中铁第四勘察设计院集团有限公司 湖北武汉)摘 要:新建城际铁路不可避免会与油气管道产生交越或并行对其造成一定影响给管道运营带来安全隐患 针对城际铁路杂散电流对邻近金属油气管道的干扰影响本文从工程建设遇到的实际问题出发分析城际铁路对航油管道影响机理研究航油管道交流干扰的计算方法在此基础上建立基于 的航油管道电磁干扰仿真模型探讨不同工况条件对航油管道的交流干扰影响并通过现场测试对所建模型进行验证 研究结果表明城际铁路隧道下穿机场停机坪时对机场航油管道的电磁干扰影响未超出国标要求不必对管道进行额外的杂散电流防护关键词:城际铁路 航油管道 电磁影响 实例验证中图分类号:.文献标识码:./.(.):.:引言近年来随着我国经济快速发展城际铁路在通车里程、建设标准和新技术等方面取得了突飞猛进的发展同时为实现铁路与民航无缝衔接在建设中与沿线机场统筹综合布局已成为现代化交通的重要特征由于受地形地貌、生态红线、城市规划等多种因素的影响新建城际铁路与既有油气管道不可避免地在一定范围内平行接近或交叉穿越从而会对邻近的金属油气管道产生杂散电流干扰影响严重时会造成管道腐蚀危及管道的安全运营目前国内外针对城际铁路对金属油气管道的交流电磁干扰影响研究已经取得了较多的成果 然而研究重点多关注于油气管道下穿铁路或与之并行时的电磁干扰影响 尚缺乏城际铁路盾构隧道下穿国际机场停机坪对航油管道影响的实际案例本文根据工程建设项目中遇到的实际问题针对某城际铁路以盾构隧道方式下穿某国际机场停机坪对停机坪下地埋金属航油管道是否产生电磁干扰影响从影响机理与理论计算两个方面进行了分析并基于 软件建立电磁干扰仿真模型研究不同工况条件下对航油管道的交流干扰影响 相关结论为稳定铁路线位方案提供了决策依据也可为今后城际铁路或油气管道的设计、建设提供借鉴铁道建筑技术 ()胡宏亮:城际铁路对机场航油管道电磁影响分析与研究 城际铁路对航油管道干扰影响机理研究城际铁路由于采用单相对地不平衡供电方式列车通过时因感应耦合、阻性耦合等因素会产生一定的干扰电流(电压)作用于航油管道上对管道造成安全隐患.磁感应耦合根据电磁感应定律流过接触网的交变电流会在一定的空间范围内产生交变电磁场以电磁波的形式通过空气、土壤等介质进行传播 当交变的电磁场遇到金属管道时由于互感作用会在管道上产生纵向电动势 由于城际铁路供电系统的不对称性无论是正常运行还是短路故障均会产生电磁场从而使管道存在感应电动势因此对磁感应耦合的影响应从接触网正常运行和短路故障两种状况进行研究分析.容性耦合城际铁路接触网.的电压会在空间形成一个静电场通过与金属管道之间分布的耦合电容使得管道对地电压升高从而产生感应电流进而对管道造成腐蚀影响管道的安全运行 由于大地的静电屏蔽作用容性耦合对地埋金属管道的影响微弱因此本文不考虑容性耦合对金属管道的影响.阻性耦合城际铁路供电以接触网为电流流出方向以钢轨为电流回流方向 当电流经过钢轨回流时会有部分电流通过钢轨流入大地在流入点与相对较远的大地之间产生电位差 由于阻性耦合会使铁路附近的管道处于地电位梯度变化剧烈的土壤中而引起管道对地电位升高从而产生感应电流会对管道运行构成一定的安全威胁 金属管道交流干扰理论计算分析.磁感应耦合感应电压城际铁路对地埋金属管道磁感应耦合影响下的管道感应电压计算公式为:()()()()()式中:为综合屏蔽系数为接触网牵引电流为管道 大地回路传播常数为管道 大地回路特性阻抗 为管道受影响段总长度为受影响段始端至计算点的长度 为管道纵向阻抗 为互阻抗 ()式中:、分别为管道受影响管段两端阻抗.阻性耦合感应电压城际铁路对地埋金属管道阻性耦合影响下的管道感应电压计算公式为:()()()()式中:为大地电阻系数 为集中进入轨道的电流为钢轨 大地回路传播常数 为钢轨屏蔽系数()为特种函数 为管道上 点距铁轨泄流点的水平距离 为管道上 点距铁轨泄流点的垂直距离.埋地金属管道交流干扰电压计算分析根据上述分析利用 数学软件编程能实现对磁感应耦合干扰电压和阻性耦合干扰电压计算公式的分析并得到如下电压分布规律:()磁感应耦合干扰电压分布在接触网电流均匀分布的情况下城际铁路与埋地金属管道平行接近时沿管道的感应耦合干扰电压将呈现图 所示的两端高、中间低的 型电压分布图 平行情况下磁感应耦合干扰电压 型分布()阻性耦合干扰电压分布钢轨均匀泄流时其附近大地电位分布如图 所示可以看出:在与钢轨平行的方向上从机车电流注入点向两边无限延伸时大地电位缓慢下降机车电流注入点处的大地电位最高在与钢轨垂直的方向上从钢轨向两边无限延伸时大地电位快速下降图 钢轨均匀泄流时其附近大地电位分布铁道建筑技术 ()胡宏亮:城际铁路对机场航油管道电磁影响分析与研究 基于 的航油管道电磁干扰仿真建模分析及验证.评判指标根据埋地钢质管道腐蚀防护工程检验(/)、埋地钢质管道交流干扰防护技术标准(/)埋地钢质管道的交流干扰可用管道交流干扰电压和交流电流密度进行测试当管道上任意一点的交流干扰电压均小于 时可不采取交流干扰防护措施高于此值时应采用交流电流密度进行评估.仿真建模本文基于 软件仿真建模建立带回流线的直接供电方式下城际铁路对埋地航油管道的干扰仿真模型.参数设置由于研究范围为城际铁路末端区间同时考虑本项目列车运行间隔该区间内最多有两辆列车同时运行因此仿真过程中根据实际情况列车牵引电流分别设置为 和 管道埋深为.管径为 管道与城际铁路平行长度为.列车位置位于管道中间位置 城际铁路位于地下 带回流线的直接供电方式中每 设置吸上线将轨道与回流线相连 管道涂层无破损且两端不接地()牵引网参数设置:接触网的相对电阻率为.(纯铜电阻率为基准电阻率)正馈线的相对电阻率为.(纯铜电阻率为基准电阻率)()大地和空气参数设置:根据土壤电阻率的测试结果大地电阻率为 相对磁导率为.相对介电系数为.空气的电阻率设为 相对磁导率为.相对介电系数为.()管道参数设置:管道的相对电阻率为 相对磁导率为 内半径 管道防腐层的电阻为 防腐层厚度.参考频率 埋深为.()钢轨参数设置:钢轨纵向电阻的相对电阻率为.钢轨过渡电阻用钢轨涂层电阻等效为 涂层厚度.参考频率为 ()牵引变电所输出的交流供电电压为.仿真分析根据仿真模型及参数设置对带回流线的直接供电方式下管道电磁干扰进行仿真分析.不考虑隧道结构钢筋屏蔽效果()牵引电流为 时管道中的电流及干扰电压分布如图、图 所示 可以看出管道中电流的幅值为.其中在平行管道的两端管道中电流小在平行管道的中间区段管道中的干扰电流值较大管道中电磁干扰电压最大值为.图 不考虑屏蔽效果时管道中电流分布图 不考虑屏蔽效果时管道中干扰电压分布()列车牵引电流为 时管道中电流的幅值为.其中在平行管道的两端管道中电流小在平行管道的中间区段管道中的干扰电流值较大管道中电磁干扰电压最大值为.综上所述不考虑隧道结构钢筋屏蔽效果时管道中的交流干扰电压均高于标准规定限值 (./.).考虑隧道结构钢筋屏蔽效果为进一步研究盾构隧道内城际铁路对埋地金属管道的影响在仿真模型中增加模拟隧道结构钢筋的钢筋笼 在隧道周边的四个平面中管道平行的区段设置 的隧道结构钢筋每个平面上设置纵向钢筋 根、横向钢筋 根其他参数不变仿真结果如下:()列车牵引电流为 时管道中的电流及干扰电压分布如图、图 所示 可以看出管道上干扰电流最大值为.管道中干扰电压的最大值为 低于标准规定的干扰限值铁道建筑技术 ()胡宏亮:城际铁路对机场航油管道电磁影响分析与研究图 考虑屏蔽效果时管道中电流分布图 考虑屏蔽效果时管道中干扰电压分布()列车牵引电流为 时管道中的最大电流为.管道中干扰电压的最大幅值为.低于标准规定的干扰限值仿真建模分析表明当考虑盾构隧道结构钢筋的屏蔽效果时管道中的交流干扰电压低于标准规定的限值.实例验证为了验证仿真模型进一步消除机场方对航油管道安全的顾虑在本城际铁路开通前的试运行期间城际铁路建设单位和航油管道产权方共同组织了实测工作邀请有资质的第三方检测机构对机场航油管道的电磁干扰情况进行了现场监测 选取铁路附近航油管道的测试桩进行测试记录列车通过时航油管道上产生的交流电压波动具体布置如图 所示图 城际铁路对航油管道交流干扰电压测点布置根据城际铁路线路及机场航油管道走向选择了、及 四处电位测试桩进行测试实测数据如表 所示表 航油管道交流干扰电压测试结果日期序号运行方向列车通过时的牵引电流/交流干扰电压最大值/下行下行上行下行上行下行.无明显变化最大值为.无明显变化最大值为.无明显变化最大值为.上行下行下行上行下行上行.注:“”表示无法有效分辨数值即与背景值区别不明显 月 日各测点背景值在.之间 月 日各测点背景值在.之间 从实测结果可知城际铁路对机场航油管道交流干扰电压最大有效值为.满足/、/中干扰电压不高于 的要求验证了仿真计算结果与实际测试结果基本吻合 结论本文针对城际铁路下穿机场航油管道建立了基于 的航油管道干扰仿真模型研究城际铁路下穿机场航油管道在隧道不同工况条件下对航油管道的交流干扰影响 仿真结果表明城际铁路盾构隧道下穿机场停机坪时对机场航油管道的电磁干扰影响没有超出国标要求开通前的实测数据也验证了这个结果因此不必对管道进行额外的杂散电流防护 该城际铁路(下转第 页)铁道建筑技术 ()何伟:基于深度神经网络的 隧道围岩等级预测研究图 三种算法模型评估结果 结论本文针对 施工过程中因地质变化多样不便于隧道设计和施工的问题提出一种围岩等级预测方法并得到以下结论:()对采集的 工程数据进行预处理得到了 稳定运行阶段的掘进参数提出一种确定最优模型输入的特征筛选方法对 掘进参数进行筛选将 个特征参数减少至 个获得了最优特征输入参数()建立 层深度神经网络模型分析激活函数和 层对模型预测准确率的影响建立 围岩等级预测模型该模型整体预测精度大于实现了 掘进过程围岩等级的实时预测()分别建立基于 算法和 算法的围岩等级预测模型并将两种模型和基于 算法建立的模型进行对比分析发现后者预测性能更优参考文献 何伟.敞开式 应对破碎地带的针对性设计.铁道建筑技术():.张照煌李振高青风.全断面岩石掘进机在国内隧道工程中的应用与发展.矿山机械():.():.():.张娜李建斌荆留杰等.基于隧道掘进机掘进过程的岩体状态感知方法.浙江大学学报(工学版)():.:.毛奕喆龚国芳周星海等.基于马尔可夫过程和深度神经网络的 围岩识别.浙江大学学报(工学版)():.李宏波.基于掘进参量反演的 围岩等级预测识别方法研究.隧道建设(中英文)():.魏力峰贾思桢朱牧原等.泥水盾构施工参数相关性及预测策略优化研究.地下空间与工程学报():.宋娜.基于数据的风电机组发电机故障预测与健康管理.上海:上海交通大学.唐伟刘丰年陈崇帮等.改进的基尼指数在文本分类中的应用研究.长沙大学学报():.甄凤其彭鹤琴.人工神经网络技术及其应用.中国高新技术企业():.(上接第 页)已开通运营四年机场航油管道至今未发生来自铁路的交流干扰腐蚀情况 本项研究成果可为城际铁路下穿油气管道的电磁影响分析提供样本数据和技术参考对未来城际铁路或油气管道的设计提供借鉴参考文献 汪可.电气化铁路对油气管道的影响及防护措施.成都:西南交通大学.李兴锋刘舒娴.电气化铁路对埋地天然气管道交流干扰电压的影响.石化技术():.王双平.交流电气化铁路对路外管道干扰影响及防护.管道技术与设备():.盛望群.基于 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