淺談高速鐵路信號系統電磁兼容的幾個(gè)問(wèn)題

隨著(zhù)我國鐵路運輸向高速、高密度、重載方向的飛速發(fā)展，高速鐵路信號系統對鐵路信號設備的**性、可靠性、可維護性、互換性等方面都有了更高的要求.而今，高速鐵路信號系統采用大量的低功耗、高速度、高集成度的電子電路，然而，這些電子電路使得信號設備易受到電磁干擾的威脅。因此要求信號設備應符合電磁兼容性要求。即具備屏蔽和濾波的能力，以抑制自我產(chǎn)生的電磁干擾，同時(shí)電磁輻射也不能超過(guò)可以接受的向外輻射的水平，以保證任何子系統的運行都不受其他子系統所產(chǎn)生的電磁輻射。 


高速鐵路信號系統電磁兼容問(wèn)題

 
電磁兼容指的是設備在共同的電磁環(huán)境中能一起執行各自功能的共存狀態(tài)。即：該設備不會(huì )由于受到處于同一電磁兼容中其它設備的電磁發(fā)射導致或遭受不允許的降級；它也不會(huì )使同一電磁環(huán)境中的其它設備(分系統、系統)因受其電磁發(fā)射而導致或遭受不允許的降級。因此，電磁兼容（EMC) 分為電磁干擾（EMI）與電磁耐受(EMS）兩個(gè)方面，并且所有電子產(chǎn)品均必須符合電磁兼容的一般規定。因此高速鐵路信號系統電磁兼容問(wèn)題主要包括電磁干擾問(wèn)題和電磁耐受問(wèn)題兩個(gè)方面。 
2.1、電磁干擾問(wèn)題 
所謂電磁干擾EMI是指任何能使設備或系統性能降級的電磁現象。主要有傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾是指通過(guò)導電介質(zhì)把一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )上的信號耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )。輻射干擾是指干擾源通過(guò)空間把其信號耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )。 
高鐵信號系統的各個(gè)子系統之間基本上都是通過(guò)電纜線(xiàn)路把室內室外設備聯(lián)系起來(lái)的，室內室外設備間存在一定的邏輯聯(lián)鎖關(guān)系。室內設備通過(guò)采集室外設備的狀態(tài)，經(jīng)過(guò)聯(lián)鎖計算并結合操作人員的指令，產(chǎn)生驅動(dòng)命令，通過(guò)驅動(dòng)電路對室外設備進(jìn)行控制，從而確保行車(chē)**和效率。因此信號系統的**可靠工作關(guān)系重大。如果，不對其采取有效的抗干擾措施，后果堪憂(yōu)。故解決電磁干擾問(wèn)題意義重大。 
2.2、電磁耐受問(wèn)題 
電磁耐受指機器在執行應有功能的過(guò)程中不受周?chē)姶怒h(huán)境影響的能力。在現代科技快速發(fā)展的今天，電磁干擾無(wú)處不在，為了保證系統能夠**可靠的運行，通信系統的電磁耐受能力越顯重要。由于鐵路信號系統處于一個(gè)非常復雜的電磁干擾環(huán)境中，如果不采取有效的措施，將會(huì )對信號系統產(chǎn)生極大的影響，輕者對鐵路信號系統的正常運行產(chǎn)生影響，燒毀信號設備，影響運輸效率，重者產(chǎn)生錯誤信號輸出，威脅運輸**。因此，除了要加強抗干擾措施，提高信號系統的電磁耐受性迫在眉睫。 


產(chǎn)生電磁兼容問(wèn)題的原因 

對電磁兼容問(wèn)題的關(guān)注，主要圍繞構成干擾的三要素來(lái)進(jìn)行。這三要素是：電磁干擾源、傳輸路徑和敏感設備。 
3.1、電磁干擾源 
電磁干擾源實(shí)際上是一種電磁能量，它能使共享同一環(huán)境的人或其它生物受到傷害，或使其它設備、系統發(fā)生電磁危害，導致性能降級或失效。一般說(shuō)來(lái)電磁干擾源分為兩大類(lèi)：自然干擾源與和人為干擾源。其中自然干擾源主要來(lái)源于大氣層的噪聲、地球外層空間的噪聲。人為干擾源來(lái)自有機電或其他人工裝置產(chǎn)生電磁能量干擾，其中一部分是專(zhuān)門(mén)用來(lái)發(fā)射電磁能量的裝置，稱(chēng)為有意發(fā)射干擾源。另一部分是在完成自身功能的同時(shí)附帶產(chǎn)生電磁能量的發(fā)射，成為無(wú)意發(fā)射干擾源。 
3.2、耦合途徑 
耦合途徑即傳輸干擾的通路或媒介。電磁干擾傳播途徑一般也分為兩種：即傳導耦合方式和輻射耦合方式。任何電磁干擾的發(fā)生都必然存在干擾能量的傳輸和傳輸途徑（或傳輸通道）。通常認為電磁干擾傳輸有兩種方式：一種是傳導傳輸方式；另一種是輻射傳輸方式。因此對于干擾的敏感器，干擾耦合可分為傳導耦合和輻射耦合兩大類(lèi)。 
在實(shí)際工程中，兩個(gè)設備之間發(fā)生干擾通常包含著(zhù)許多種途徑的耦合。正因為多種途徑的耦合同時(shí)存在，反復交叉耦合，共同產(chǎn)生干擾，才使電磁干擾變得難以控制。 
3.3、敏感設備 
敏感設備是指當受到電磁干擾源所發(fā)出的電磁能量作用時(shí)，會(huì )受到傷害的人或其它生物，以及會(huì )發(fā)生電磁危害，導致性能降級或失效的器件、設備。許多器件、設備、系統既是電磁干擾源又是敏感設備。敏感設備是對干擾對象的總稱(chēng)，它可以是一個(gè)很小的元件或一個(gè)電路板組件，也可以是一個(gè)單獨的用電設備甚至可以是一個(gè)大型系統。 
3.4、高速鐵路信號系統所受電磁干擾的來(lái)源和途徑 
鐵路信號系統處于一個(gè)復雜的電磁環(huán)境中，既有接口傳輸線(xiàn)路產(chǎn)生的共模干擾耦合靜電放電、工頻(50 Hz)磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁干擾、牽引供電系統引起的電磁干擾、10 kV高壓產(chǎn)生的各種電磁干擾，還有信號機械室(機房)內因電子設備輻射電磁場(chǎng)效應存在的電磁干擾。干擾源通過(guò)耦合作用影響敏感設備正常工作。直接耦合是干擾信號直接經(jīng)信號傳輸導線(xiàn)傳導至電子設備，影響其正常工作。 


高速鐵路信號系統電磁兼容問(wèn)題的解決方法

 
抑制電磁污染的首要措施是找出干擾源；其次是判斷干擾侵入的路途，解決電磁兼容問(wèn)題應從產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)階段開(kāi)始，并貫穿于整個(gè)產(chǎn)品或系統的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)全過(guò)程,而且越早注意解決電磁兼容問(wèn)題，越可以節約人力與物力。對于高速鐵路信號系統而言，實(shí)現信號設備電磁兼容的措施主要包括軌道鐵路防止電磁干擾的措施、牽引電流對信號電纜的干擾及采取的措施、機車(chē)信號放干預措施以及高速鐵路信號防雷及地線(xiàn)要求幾個(gè)方面。 
4.1、 軌道鐵路防止電磁干擾的措施 
（1）、選擇合適的信號電流頻率。牽引電流為50HZ基波和諧波，因此選定的信號電流頻率要和他們都不相同，以此來(lái)確保軌道鐵路正?？煽抗ぷ?。 
（2）、增加適配器，并采用與*大牽引電流相匹配的高容量扼流變壓器來(lái)改善牽引電流對軌道的干預狀況。 
（3）、軌道電路受電段繼電器線(xiàn)圈并接防護盒，使信號電流衰減很小。 
4.2、牽引電流對信號電纜的干擾及采取的措施。 
電化區段信號電纜縱向電動(dòng)勢計算公式如下：E=L×W×IK×M×K×λ×Υ標準為60V。 
在低頻情況下，電纜的屏蔽層采用軟磁材料組成的電纜鎧裝，具有較好的屏蔽效果。 
4.3、機車(chē)信號防干預措施。 
對機車(chē)信號的防護措施包括防護干擾和防損壞兩方面。 
（1）制式選擇：對于提速區段，作為行車(chē)憑證的列車(chē)運行控制系統基礎的機車(chē)信號應為主題信號，是由車(chē)載信號和地面信號設備共同構成的系統，必須符合故障導向**的原則。在鄭徐鐵路首先應用的列車(chē)控制系統為國際國內*先進(jìn)設備，具有良好的抗干擾能力。 
（2）設備布線(xiàn)及安裝方面的防護措施：采用屏蔽線(xiàn)，且屏蔽線(xiàn)段的屏蔽網(wǎng)只允許一段接地或接殼。 
（3）對強度較差的接收線(xiàn)圈或信息傳感器及其引線(xiàn)進(jìn)行防護。 
（4）接收線(xiàn)圈距離導輪1米左右。 
4.4、高速鐵路信號防雷及地線(xiàn)要求 
為保證信號系統不遭受雷擊，而且要盡量做到信號設備的不間斷使用，以保證列車(chē)正常運行，采用我國自行研制開(kāi)發(fā)的ZPW-2000A技術(shù)，可以消除防雷死角，有效防止各種電磁干擾。它是通過(guò)將信號樓及區間信號設備接地裝置一體化，在區間使用貫通底線(xiàn)，信號機械室防靜電地板下設網(wǎng)格地線(xiàn)，并將信號機械室內房間水管、暖氣管道與室外所有底線(xiàn)進(jìn)行等電位連接后接至貫通地線(xiàn)等措施來(lái)完成的。 

結論 

只有充分考慮高速鐵路信息系統的電磁兼容性，并通過(guò)各種技術(shù)措施和管理辦法消除電磁干擾，提高電磁耐受性，才能真正有效地處理 EMC問(wèn)題，從而切實(shí)確保高速鐵路信號系統的**性、穩定性和可靠性。