淺談電氣化鐵路對(duì)儀表著陸系統(tǒng)的干擾影響

鄒杰

（中國(guó)民用航空局第二研究所，四川 成都 610041）

淺談電氣化鐵路對(duì)儀表著陸系統(tǒng)的干擾影響

鄒杰

（中國(guó)民用航空局第二研究所，四川 成都 610041）

目前，隨著我國(guó)機(jī)場(chǎng)建設(shè)和城市交通建設(shè)的飛速發(fā)展，綜合交通樞紐的建設(shè)將會(huì)越來(lái)越多，但在規(guī)劃和建設(shè)過(guò)程中，時(shí)常會(huì)遇到周邊電氣化鐵路建設(shè)和運(yùn)行影響儀表著陸系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況。介紹了電氣化鐵路對(duì)機(jī)場(chǎng)儀表著陸系統(tǒng)的影響，提出了電氣化鐵路對(duì)儀表著陸系統(tǒng)有源干擾的分析方法，以協(xié)助評(píng)估電氣化鐵路在機(jī)場(chǎng)周邊建設(shè)的可行性。

儀表著陸系統(tǒng)；電氣化鐵路；航向信標(biāo)臺(tái)；下滑信標(biāo)臺(tái)

目前，儀表著陸系統(tǒng)是應(yīng)用最廣泛的飛機(jī)精密進(jìn)近和著陸導(dǎo)航系統(tǒng)，對(duì)飛機(jī)的安全下降至關(guān)重要，但易受到場(chǎng)地及周邊電磁環(huán)境的影響。在當(dāng)前綜合交通樞紐機(jī)場(chǎng)中，高速電氣化鐵路主要采用AT自耦變壓器供電方式。本文分析了AT供電方式電氣化鐵路對(duì)儀表著陸系統(tǒng)的有源干擾影響，并提出分析方法，以協(xié)助評(píng)估鐵路建設(shè)與機(jī)場(chǎng)建設(shè)的可行性。

1 電氣化鐵路（AT供電方式）的有源干擾

電氣化鐵路的牽引動(dòng)力是電力機(jī)車，所需能源由電力牽引供電系統(tǒng)提供。牽引供電系統(tǒng)主要是指牽引變電所和接觸網(wǎng)兩大部分，是主要的有源干擾源。

AT方式牽引供電系統(tǒng)主要由接觸懸掛、鋼軌、自耦變壓器、饋線和保護(hù)線組成，能產(chǎn)生干擾信號(hào)的部位主要有高壓輸電線、錨段關(guān)節(jié)、牽引變電所、AT所。電氣化鐵路各關(guān)鍵干擾設(shè)施設(shè)備分布在整體鐵路沿線，在電氣化鐵路的整個(gè)運(yùn)營(yíng)期間，高壓電流貫穿在各個(gè)設(shè)施設(shè)備中，尤其是在列車運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓波動(dòng)和電磁干擾信號(hào)。本文將測(cè)試、分析各干擾關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備（高壓輸電線、錨段關(guān)節(jié)、牽變所和AT所）在鐵路運(yùn)行中對(duì)儀表著陸系統(tǒng)的干擾影響，以計(jì)算電氣化鐵路對(duì)儀表著陸系統(tǒng)的防護(hù)距離，即電氣化鐵路與儀表著陸系統(tǒng)信號(hào)作用區(qū)域之間的安全距離。

2 對(duì)電氣化鐵路的防護(hù)距離分析

2.1 儀表著陸系統(tǒng)的覆蓋和服務(wù)范圍

儀表著陸系統(tǒng)主要由航向信標(biāo)、下滑信標(biāo)設(shè)備組成，負(fù)責(zé)向指定區(qū)域發(fā)射調(diào)制的電磁信號(hào)，引導(dǎo)飛機(jī)進(jìn)近著陸。當(dāng)有源干擾信號(hào)落入儀表著陸系統(tǒng)的關(guān)鍵工作區(qū)域并超過(guò)其電磁保護(hù)限制時(shí)，會(huì)影響航空器對(duì)航道信號(hào)的接收和判斷，進(jìn)而影響飛行安全。儀表著陸系統(tǒng)的天線具有方向性，其工作區(qū)域即為一定范圍內(nèi)發(fā)射信號(hào)的覆蓋范圍，相同頻率干擾信號(hào)落入系統(tǒng)工作區(qū)域時(shí)應(yīng)滿足設(shè)備電磁環(huán)境的防護(hù)規(guī)定。對(duì)于航向信標(biāo)設(shè)備，其工作頻率范圍為108.1～111.95 MHz，發(fā)射一水平極化的扇型合成場(chǎng)型，信號(hào)覆蓋區(qū)內(nèi)的最低信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)為40 μV/m（32 dBμV/m）。下滑信標(biāo)臺(tái)工作頻段為328.6～335.4 MHz，其發(fā)射一水平極化的扇型合成場(chǎng)型，下滑信標(biāo)天線正前方（與跑道平行）水平方向、垂直方向0.45θ～1.75θ（θ為下滑角）之間，信號(hào)覆蓋不小于18.5 km，信號(hào)覆蓋區(qū)內(nèi)最低信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)為400 μV/m（52 dBμV/m）。

2.2 高壓輸電線的干擾影響分析

高壓輸電線是電氣化鐵路的主要組成部分，貫穿著整體鐵路，其無(wú)線電干擾主要是由電暈引起的，干擾電平隨頻率增加而減小，隨距離增加而衰減。根據(jù)我國(guó)運(yùn)行線路實(shí)測(cè)的3 800個(gè)數(shù)據(jù)綜合分析表明，無(wú)線電干擾水平隨著橫向距離的增加而迅速減弱，一般情況下，距線路邊相導(dǎo)線100 m處，無(wú)線電干擾水平已降到很弱的程度，在50 m左右衰減到導(dǎo)線正下方水平的50%（1 MHz），而在1 km以外即可忽略。其綜合橫向衰減曲線如圖1所示。

圖1 無(wú)線電干擾橫向衰減曲線

從頻率與干擾水平的關(guān)系曲線圖（圖2）中可見(jiàn)，當(dāng)干擾頻率在0.5 MHz以下時(shí)數(shù)據(jù)比較分散，但隨著頻率的提升，干擾水平逐漸下降。當(dāng)頻率在0.5～30 MHz范圍內(nèi)，干擾水平隨著頻率的增加而急劇衰減。

一般情況下，無(wú)線電干擾對(duì)中波頻率的影響較大，而對(duì)30 MHz以上的信號(hào)影響不大。

圖2 頻率特性曲線

根據(jù)圖2中高壓輸電線的頻率特性曲線，在高于20 MHz頻段，高壓輸電線的干擾場(chǎng)強(qiáng)小于10 dBμV/m。儀表著陸系統(tǒng)的干擾防護(hù)率為20 dB，高壓輸電線造成的干擾滿足以下公式：

式（1）中：E干擾為高壓輸電線的干擾場(chǎng)強(qiáng)，dB μV/m，場(chǎng)強(qiáng)單位下同；D為儀表著陸系統(tǒng)的干擾防護(hù)率，dB；ES最低為儀表著陸系統(tǒng)的最低覆蓋場(chǎng)強(qiáng)。

因此，高壓輸電線對(duì)儀表著陸系統(tǒng)的電磁干擾可忽略。

2.3 錨段關(guān)節(jié)的干擾影響分析

錨段關(guān)節(jié)在未通過(guò)列車時(shí)與高壓輸電線干擾相近，在列車通過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧引起瞬時(shí)干擾信號(hào)。通常在儀表著陸系統(tǒng)使用頻段范圍內(nèi)，有列車經(jīng)過(guò)時(shí)鐵路產(chǎn)生的干擾信號(hào)會(huì)比無(wú)列車經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生的干擾信號(hào)強(qiáng)10～20 dB。

航向信標(biāo)和下滑信標(biāo)信號(hào)覆蓋區(qū)最低信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)分別為32 dBμV/m和52 dBμV/m，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 6364中對(duì)航向信標(biāo)臺(tái)、下滑信標(biāo)臺(tái)電磁環(huán)境的要求，航向信標(biāo)臺(tái)和下滑信標(biāo)臺(tái)對(duì)各種有源干擾的防護(hù)率均為20 dB，即干擾信號(hào)分別到達(dá)航向信標(biāo)和下滑信標(biāo)工作區(qū)域時(shí)不應(yīng)超過(guò)12 dBμV/m、32 dBμV/m。

電磁波傳播的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算公式為：

式（2）中：ES為信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)；P為有效發(fā)射功率，W；d為計(jì)算點(diǎn)至下滑臺(tái)的距離，km。

由于有效發(fā)射功率相同，對(duì)式（2）擴(kuò)展得出ES1+20lgd1=ES2+20lgd2.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試所得出的工作頻段內(nèi)的最大干擾場(chǎng)強(qiáng)，依據(jù)電磁波傳播的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算公式和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 6364，可以計(jì)算出錨段關(guān)節(jié)對(duì)航向信標(biāo)和下滑信標(biāo)信號(hào)的干擾防護(hù)間距。

2.4 AT所和牽引變電所的干擾影響分析

在AT供電方式中，鐵路沿線每隔10～15 km會(huì)有自耦變壓器（即AT所），牽引變電所中主要設(shè)備為牽引變壓器。變壓器在工作時(shí)通過(guò)的牽引負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生劇烈變化，外部線路也會(huì)產(chǎn)生頻繁短路情況，具有較強(qiáng)的電磁干擾輻射。利用上述公式可分別計(jì)算出AT所、牽引變電所對(duì)航向信標(biāo)和下滑信標(biāo)信號(hào)的干擾防護(hù)間距。

2.5 儀表著陸系統(tǒng)分析

航向信標(biāo)臺(tái)和下滑信標(biāo)臺(tái)相比，更易受到電氣化鐵路的干擾影響，同時(shí)，航向信標(biāo)臺(tái)與下滑信標(biāo)臺(tái)的工作覆蓋區(qū)相互重合，且航向信標(biāo)臺(tái)工作覆蓋區(qū)更大，當(dāng)電氣化鐵路對(duì)航向信標(biāo)的防護(hù)距離滿足時(shí)，下滑信標(biāo)臺(tái)也滿足干擾防護(hù)要求。本文中以儀表著陸系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的覆蓋作為分析范圍，在實(shí)際情況下可根據(jù)飛行程序以儀表著陸系統(tǒng)的有效服務(wù)區(qū)作為分析范圍，同時(shí)，以實(shí)際的電測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算和分析電氣化鐵路的防護(hù)間距。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著機(jī)場(chǎng)交通綜合樞紐的增多，鐵路運(yùn)輸將與機(jī)場(chǎng)運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，通過(guò)外場(chǎng)測(cè)試，電氣化鐵路會(huì)在儀表著陸工作頻段產(chǎn)生干擾信號(hào)。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試數(shù)據(jù)和分析，在機(jī)場(chǎng)和鐵路線路建設(shè)時(shí)，應(yīng)充分考慮電氣化鐵路各設(shè)施設(shè)備對(duì)儀表著陸系統(tǒng)的防護(hù)距離的影響，以保障飛行安全和綜合樞紐的順利建設(shè)。

［1］房連玉.輸電線路電氣技術(shù)［M］.吉林：東北電力學(xué)院，1994.

TN961

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.21.026

2095－6835（2017）21－0026－02

〔編輯：張思楠〕