淺談高速鐵路信號系統(tǒng)電磁兼容的幾個問題

隨著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(tǒng)對鐵路信號設(shè)備的**性、可靠性、可維護(hù)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(tǒng)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(shè)備易受到電磁干擾的威脅。因此要求信號設(shè)備應(yīng)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，同時電磁輻射也不能超過可以接受的向外輻射的水平，以保證任何子系統(tǒng)的運行都不受其他子系統(tǒng)所產(chǎn)生的電磁輻射。 


高速鐵路信號系統(tǒng)電磁兼容問題

 
電磁兼容指的是設(shè)備在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)。即：該設(shè)備不會由于受到處于同一電磁兼容中其它設(shè)備的電磁發(fā)射導(dǎo)致或遭受不允許的降級；它也不會使同一電磁環(huán)境中的其它設(shè)備(分系統(tǒng)、系統(tǒng))因受其電磁發(fā)射而導(dǎo)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）兩個方面，并且所有電子產(chǎn)品均必須符合電磁兼容的一般規(guī)定。因此高速鐵路信號系統(tǒng)電磁兼容問題主要包括電磁干擾問題和電磁耐受問題兩個方面。 
2.1、電磁干擾問題 
所謂電磁干擾EMI是指任何能使設(shè)備或系統(tǒng)性能降級的電磁現(xiàn)象。主要有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)電介質(zhì)把一個電網(wǎng)絡(luò)上的信號耦合(干擾)到另一個電網(wǎng)絡(luò)。輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號耦合(干擾)到另一個電網(wǎng)絡(luò)。 
高鐵信號系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)之間基本上都是通過電纜線路把室內(nèi)室外設(shè)備聯(lián)系起來的，室內(nèi)室外設(shè)備間存在一定的邏輯聯(lián)鎖關(guān)系。室內(nèi)設(shè)備通過采集室外設(shè)備的狀態(tài)，經(jīng)過聯(lián)鎖計算并結(jié)合操作人員的指令，產(chǎn)生驅(qū)動命令，通過驅(qū)動電路對室外設(shè)備進(jìn)行控制，從而確保行車**和效率。因此信號系統(tǒng)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。故解決電磁干擾問題意義重大。 
2.2、電磁耐受問題 
電磁耐受指機器在執(zhí)行應(yīng)有功能的過程中不受周圍電磁環(huán)境影響的能力。在現(xiàn)代科技快速發(fā)展的今天，電磁干擾無處不在，為了保證系統(tǒng)能夠**可靠的運行，通信系統(tǒng)的電磁耐受能力越顯重要。由于鐵路信號系統(tǒng)處于一個非常復(fù)雜的電磁干擾環(huán)境中，如果不采取有效的措施，將會對信號系統(tǒng)產(chǎn)生極大的影響，輕者對鐵路信號系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生影響，燒毀信號設(shè)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(tǒng)的電磁耐受性迫在眉睫。 


產(chǎn)生電磁兼容問題的原因 

對電磁兼容問題的關(guān)注，主要圍繞構(gòu)成干擾的三要素來進(jìn)行。這三要素是：電磁干擾源、傳輸路徑和敏感設(shè)備。 
3.1、電磁干擾源 
電磁干擾源實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(shè)備、系統(tǒng)發(fā)生電磁危害，導(dǎo)致性能降級或失效。一般說來電磁干擾源分為兩大類：自然干擾源與和人為干擾源。其中自然干擾源主要來源于大氣層的噪聲、地球外層空間的噪聲。人為干擾源來自有機電或其他人工裝置產(chǎn)生電磁能量干擾，其中一部分是專門用來發(fā)射電磁能量的裝置，稱為有意發(fā)射干擾源。另一部分是在完成自身功能的同時附帶產(chǎn)生電磁能量的發(fā)射，成為無意發(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(dǎo)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(rèn)為電磁干擾傳輸有兩種方式：一種是傳導(dǎo)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(dǎo)耦合和輻射耦合兩大類。 
在實際工程中，兩個設(shè)備之間發(fā)生干擾通常包含著許多種途徑的耦合。正因為多種途徑的耦合同時存在，反復(fù)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(shè)備 
敏感設(shè)備是指當(dāng)受到電磁干擾源所發(fā)出的電磁能量作用時，會受到傷害的人或其它生物，以及會發(fā)生電磁危害，導(dǎo)致性能降級或失效的器件、設(shè)備。許多器件、設(shè)備、系統(tǒng)既是電磁干擾源又是敏感設(shè)備。敏感設(shè)備是對干擾對象的總稱，它可以是一個很小的元件或一個電路板組件，也可以是一個單獨的用電設(shè)備甚至可以是一個大型系統(tǒng)。 
3.4、高速鐵路信號系統(tǒng)所受電磁干擾的來源和途徑 
鐵路信號系統(tǒng)處于一個復(fù)雜的電磁環(huán)境中，既有接口傳輸線路產(chǎn)生的共模干擾耦合靜電放電、工頻(50 Hz)磁場產(chǎn)生的電磁干擾、牽引供電系統(tǒng)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(nèi)因電子設(shè)備輻射電磁場效應(yīng)存在的電磁干擾。干擾源通過耦合作用影響敏感設(shè)備正常工作。直接耦合是干擾信號直接經(jīng)信號傳輸導(dǎo)線傳導(dǎo)至電子設(shè)備，影響其正常工作。 


高速鐵路信號系統(tǒng)電磁兼容問題的解決方法

 
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，解決電磁兼容問題應(yīng)從產(chǎn)品的開發(fā)階段開始，并貫穿于整個產(chǎn)品或系統(tǒng)的開發(fā)生產(chǎn)全過程,而且越早注意解決電磁兼容問題，越可以節(jié)約人力與物力。對于高速鐵路信號系統(tǒng)而言，實現(xiàn)信號設(shè)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、機車信號放干預(yù)措施以及高速鐵路信號防雷及地線要求幾個方面。 
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改善牽引電流對軌道的干預(yù)狀況。 
（3）、軌道電路受電段繼電器線圈并接防護(hù)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(qū)段信號電纜縱向電動勢計算公式如下：E=L×W×IK×M×K×λ×Υ標(biāo)準(zhǔn)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、機車信號防干預(yù)措施。 
對機車信號的防護(hù)措施包括防護(hù)干擾和防損壞兩方面。 
（1）制式選擇：對于提速區(qū)段，作為行車憑證的列車運行控制系統(tǒng)基礎(chǔ)的機車信號應(yīng)為主題信號，是由車載信號和地面信號設(shè)備共同構(gòu)成的系統(tǒng)，必須符合故障導(dǎo)向**的原則。在鄭徐鐵路首先應(yīng)用的列車控制系統(tǒng)為國際國內(nèi)*先進(jìn)設(shè)備，具有良好的抗干擾能力。 
（2）設(shè)備布線及安裝方面的防護(hù)措施：采用屏蔽線，且屏蔽線段的屏蔽網(wǎng)只允許一段接地或接殼。 
（3）對強度較差的接收線圈或信息傳感器及其引線進(jìn)行防護(hù)。 
（4）接收線圈距離導(dǎo)輪1米左右。 
4.4、高速鐵路信號防雷及地線要求 
為保證信號系統(tǒng)不遭受雷擊，而且要盡量做到信號設(shè)備的不間斷使用，以保證列車正常運行，采用我國自行研制開發(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。它是通過將信號樓及區(qū)間信號設(shè)備接地裝置一體化，在區(qū)間使用貫通底線，信號機械室防靜電地板下設(shè)網(wǎng)格地線，并將信號機械室內(nèi)房間水管、暖氣管道與室外所有底線進(jìn)行等電位連接后接至貫通地線等措施來完成的。 

結(jié)論 

只有充分考慮高速鐵路信息系統(tǒng)的電磁兼容性，并通過各種技術(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問題，從而切實確保高速鐵路信號系統(tǒng)的**性、穩(wěn)定性和可靠性。