鐵路信號強電磁干擾抑制技術(shù)的研究

摘 要：電氣化鐵路高速發(fā)展，鐵路信號系統(tǒng)采用了越來越多的精密設(shè)備，對抑制強電磁干擾的要求日漸提高。文章介紹了鐵路信號系統(tǒng)中主要的強電磁干擾類型，以及目前實際設(shè)計施工中主要采取的抑制電磁干擾的措施。

關(guān)鍵詞：鐵路信號；電磁干擾；電氣化

引言

隨著鐵路技術(shù)的不斷發(fā)展，微電子、計算機等先進技術(shù)陸續(xù)被運用到了鐵路信號系統(tǒng)中來。在現(xiàn)如今的電氣化鐵路系統(tǒng)中，電磁干擾對信號電纜、聯(lián)鎖電碼化元件等鐵路信號設(shè)備的正常運行造成了巨大的威脅，為鐵路運輸行車安全帶來了隱患，危害著鐵路職工和人民群眾的生命財產(chǎn)安全。鐵路信號系統(tǒng)屬于弱電系統(tǒng)，對干擾較為敏感，所以提高系統(tǒng)自身的抗干擾能力是保證鐵路信號系統(tǒng)正常運行的重要課題。

1 強電磁干擾

電磁干擾（Electromagnetic Interference）：即由電磁騷擾所引起的設(shè)備元件、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。電磁騷擾（Electromagnetic Disturbance）則是指任何會引起設(shè)備或系統(tǒng)降低或者對物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象，由于其客觀存在性，敏感設(shè)備只有在被其影響以至不能正常工作時才構(gòu)成干擾。其傳播途徑有兩條，一是通過空間的輻射，即輻射發(fā)射；二是通過連接的導(dǎo)線傳導(dǎo)，即傳導(dǎo)發(fā)射。對鐵路信號系統(tǒng)造成的電磁干擾中，主要有雷電電磁干擾和電氣化牽引供電系統(tǒng)干擾這兩方面。

1.1 雷電電磁干擾

雷電是大氣放電所產(chǎn)生，由兩種帶異電荷的雷云接近時而產(chǎn)生的強烈放電現(xiàn)象。由于雷云一般情況下距離地面較遠，所以異種電荷云層放電對地面上的鐵路信號系統(tǒng)影響較小。而雷擊作為云層對大地的放電現(xiàn)象，對鐵路信號設(shè)備的影響非常大。通常把雷擊分為直擊雷、感應(yīng)雷兩種主要形式。

直擊雷指的是放電直接擊中鐵路信號系統(tǒng)，它的危害極大，一般會造成設(shè)備損壞和人員傷亡等后果。由于站場內(nèi)鐵路信號設(shè)備一般集中在信號機械室附近，所以安裝避雷針可以有效的防御直擊雷。然而隨著信號設(shè)備的精密度越來越高，避雷針的作用已經(jīng)遠遠不夠。信號防雷設(shè)計中機械室一般采用法拉第籠的方式避免直擊雷，即將建筑內(nèi)的鋼筋全部焊接為一體，實現(xiàn)等電位連接，這樣整個建筑在電氣上是連通的，可以有效的防護直擊雷。

感應(yīng)雷指的是放電并未直接擊中鐵路信號系統(tǒng)，而是在其放電過程中產(chǎn)生巨大的磁場變化，使附近導(dǎo)體中產(chǎn)生強大的電磁脈沖。電磁脈沖會在沿著導(dǎo)體傳導(dǎo)的過程中損害電路中靈敏的元器件，由于現(xiàn)代信號系統(tǒng)中電器元件集成度很高，所以感應(yīng)雷所產(chǎn)生的電磁脈沖會對鐵路信號系統(tǒng)的核心部分造成不可低估的損害。

1.2 電氣化牽引供電系統(tǒng)干擾

我國的電氣化鐵路供電系統(tǒng)一般由接觸網(wǎng)和牽引變電所構(gòu)成，供電方式采用帶回流的直供方式和自耦變壓器（AT）供電方式。這些供電方式?jīng)Q定了其干擾信號主要為牽引傳導(dǎo)性干擾和牽引電磁干擾。

傳導(dǎo)性干擾由傳導(dǎo)電流產(chǎn)生，牽引電流通過機車、鋼軌至大地的傳輸耦合途徑，使鋼軌中的平衡電流、大地中的地中回流和大地迷流對信號設(shè)備造成了干擾。鐵路信號系統(tǒng)中，在鋼軌絕緣處安裝了扼流變壓器，將信號設(shè)備于鋼軌連接起來。由于實際使用中電流在兩條鋼軌中并不相等，就會由于牽引電流不平衡產(chǎn)生干擾電壓，成為燒毀電路元器件的主要原因。

牽引電磁干擾是由于鐵路沿線強電線的電磁影響，在信號電纜上會產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢，導(dǎo)致線路信號傳輸質(zhì)量下降，嚴(yán)重的甚至?xí)斐尚盘栯娎|絕緣層被擊穿，危及行車安全。屏蔽作為電磁兼容控制的重要手段，可以有效地抑制電磁干擾。按規(guī)定屏蔽電纜的屏蔽層只有在接地以后才能起到屏蔽的效果。因此合理地選擇金屬護套接地方式是信號電纜屏蔽外界電磁場、減小電磁干擾，保證電纜線路正常工作的基礎(chǔ)。

2 強電磁干擾抑制技術(shù)

2.1 屏蔽技術(shù)

屏蔽技術(shù)主要是通過切斷輻射騷擾傳輸途徑的方法來對電磁干擾進行抑制。具體做法是利用金屬或磁性材料把容易受到干擾的區(qū)域包圍起來，使屏蔽體內(nèi)外相互隔離。屏蔽技術(shù)分為兩種：一種是靜電屏蔽，主要用于防止靜電場和恒定磁場的影響；另一種是電磁屏蔽，主要用于防止交變電場、交變磁場以及交變電磁場的影響。電場屏蔽的必要條件是金屬體和接地。高電導(dǎo)率、低磁導(dǎo)率的金屬材料只適合高頻磁場和低頻電場的屏蔽，低頻磁場只能采用高磁導(dǎo)率的鐵磁性材料來屏蔽。

2.2 濾波技術(shù)

濾波技術(shù)主要是通過濾波器對無用的頻率傳輸進行抑制。濾波器是一個頻率選擇性二端口網(wǎng)絡(luò)，插入損耗是濾波器最重要的特性參數(shù)，可以決定各種頻率通過濾波器時的衰減程度。通過插入損耗值進行分類，可以將濾波器分為低通濾波器（LPF）、高通濾波器（HPF）、帶通濾波器（BPF）和帶阻濾波器（BSF），電磁干擾大部分為低通濾波器。而通過通帶大小進行分類，可以將濾波器分為寬帶濾波器和窄帶濾波器，電磁干擾大部分為窄帶濾波器。

2.3 接地技術(shù)

接地技術(shù)可以提供一個等電位，其保護地線應(yīng)該與真正的大地相連，大部分時候接地與設(shè)備屏蔽是相結(jié)合的，我們將這種地線稱作工作地線。對于信號電纜，當(dāng)長度不是很長時，可以單點接地，并在不接地的一端應(yīng)加裝保護器。在鐵路沿線埋設(shè)的電務(wù)和通信電纜，為了屏蔽牽引電流和外界干擾，其電纜金屬屏蔽層或金屬護套雙端接地。

3 結(jié)束語

鐵路的發(fā)展已經(jīng)進入了新的時代，隨著行車速度的不斷提高，對鐵路信號安全的要求也達到了前所未有的新高度。信號系統(tǒng)地穩(wěn)定運行，對抑制強電磁干擾的技術(shù)也提出了更嚴(yán)格的要求。我國地大物博，鐵路線路跨度很大，自然環(huán)境復(fù)雜多變，現(xiàn)有的技術(shù)還不能完美地解決強電磁干擾問題，需要在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，進行升級創(chuàng)新，推進鐵路信號系統(tǒng)的安全發(fā)展。

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