中低速磁浮與輪軌交通系統(tǒng)電磁環(huán)境影響差異性分析

李天石 龔孟榮 黃 輝 蘇立軒

我國輪軌交通經(jīng)過幾十年的發(fā)展，取得了巨大的的成就。通過對輪軌交通不同類型，包括高速電氣化鐵路、DC 1500V 接觸網(wǎng)受流、DC 750V三軌受流、DC 1500V 三軌受流、DC 1500V 膠輪跨座式線路、DC 1500V 直線電機(jī)牽引線路等引起的電磁環(huán)境影響問題，開展測試和研究，積累了豐富的現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，得出了許多有價值的研究結(jié)論。

近年來，中低速磁浮由于具有能耗小、噪聲低、轉(zhuǎn)彎半徑小、線路適應(yīng)性強(qiáng)，建設(shè)和維護(hù)成本低，舒適度高等優(yōu)勢，已在我國多個城市開工建設(shè)或處于規(guī)劃設(shè)計中，有些城市已投入運營。本文對我國長沙中低速磁浮交通開通前后的電磁發(fā)射進(jìn)行了測試和分析，獲得了其電磁發(fā)射在時域、頻域和空間實測數(shù)據(jù)。在與以往獲得的輪軌交通實測數(shù)據(jù)比較后，得出了中低速磁浮交通系統(tǒng)與輪軌交通各電磁參量在頻域、時域和空間等方面的差異性比較結(jié)論。該成果對于中低速磁浮交通系統(tǒng)電磁環(huán)境管理、標(biāo)準(zhǔn)制定和電磁干擾防護(hù)設(shè)計，均具有重要意義。

1 直流磁場的差異分析

1.1 線路附近直流磁場

圖1 給出長沙中低速磁浮線路與輪軌交通系統(tǒng)軌旁直流磁場實測結(jié)果比較。

由圖1 可知：①距線路10 m 以上，無論磁浮線路或輪軌線路，直流磁感應(yīng)強(qiáng)度均已衰減至環(huán)境背景值（約50 μT 地球背景靜磁場）；②距線路10 m 以內(nèi)（多為近距離站臺測量），直流磁場隨著距離的增大而降低。該距離范圍內(nèi)，長沙中低速磁浮線路產(chǎn)生的直流磁場小于城市軌道交通線路。

圖1 輪軌交通與長沙中低速磁浮線路軌旁直流磁場比較

1.2 車內(nèi)直流磁場

表1 給出輪軌交通系統(tǒng)與長沙中低速磁浮線路車內(nèi)直流磁場實測結(jié)果比較。

表1 長沙中低速磁浮和城軌列車內(nèi)直流磁場實測結(jié)果比較

由表1 可知：長沙中低速磁浮車內(nèi)直流磁場明顯大于城軌列車車內(nèi)直流磁場，前者是后者的3～4 倍。長沙中低速磁浮車內(nèi)直流磁場距車底板0.9 m時，實測最大值為470 μT，已接近《動車組內(nèi)低頻磁場限值與測量方法》（TB/T3351-2014） 中500 μT 限值要求。

2 低頻磁場的差異分析

2.1 線路附近低頻磁場

圖2 為長沙中低速磁浮線路與輪軌交通系統(tǒng)軌旁低頻磁場實測結(jié)果比較。由圖2 可知：

1） 距線路10 m，列車通過時，低頻磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值從大到小依次為京滬高鐵、上海高速磁浮、長沙中低速磁浮及其他城市軌道交通線路。上海高速磁浮約為京滬高鐵的1/3；長沙中低速磁浮約為上海高速磁浮的1/2；其他城市軌道交通線路約為長沙中低速磁浮的1/2。其他城市軌道交通線路產(chǎn)生的低頻磁場較小，有些已接近環(huán)境背景值（0.03～0.06 μT）。

2）列車通過時，低頻磁感應(yīng)強(qiáng)度隨著距離的增加不斷衰減。距線路超過20 m，除京滬高鐵外，其他各種類型線路低頻磁感應(yīng)強(qiáng)度均已衰減至接近環(huán)境背景值。

2.2 車內(nèi)低頻磁場

圖3 給出長沙中低速磁浮車內(nèi)、上海高速磁浮車內(nèi)與高速鐵路動車組內(nèi)低頻磁場實測結(jié)果。

觀察圖3 可以得出：

1）觀察1 kHz 寬度頻譜圖，長沙中低速磁浮和上海高速磁浮車內(nèi)低頻磁場均明顯大于高鐵車內(nèi)低頻磁場。磁浮比高鐵磁場高約1～2 個數(shù)量級，且磁浮實測曲線下降比高鐵實測曲線下降緩慢。高速動車組內(nèi)僅在50 Hz 及其諧波處有較明顯的磁場分量，且主要能量集中分布在300 Hz 以內(nèi)。

2）觀察10 kHz 寬度頻譜圖，長沙中低速磁浮要比上海高速磁浮車內(nèi)磁場能量更高，磁場隨著頻率增加緩慢下降，至10 kHz 下降至較低值，而上海高速磁浮則在2 kHz 已降至最低值。

圖2 長沙中低速磁浮交通與輪軌交通軌旁實測低頻磁場比較

圖3 長沙中低速磁浮、上海高速磁浮和高速鐵路動車組車內(nèi)低頻磁場實測結(jié)果

3 射頻電磁場的差異分析

3.1 線路附近射頻電磁場

圖4 給出長沙中低速磁浮線路與輪軌交通系統(tǒng)射頻電磁場實測結(jié)果比較。由圖4 可知：

1）無論輪軌交通系統(tǒng)，還是磁浮線路，均滿足24338.2 標(biāo)準(zhǔn)中的限值要求。

2） 低于30 MHz 以下頻段，長沙中低速磁浮線路產(chǎn)生的電磁輻射與京滬高鐵十分接近，明顯大于上海高速磁浮線路和其他輪軌交通線路。

3） 在30 MHz 以上頻段，長沙中低速磁浮線路產(chǎn)生的無線電干擾小于京滬高鐵，但仍大于上海高速磁浮線路和其他城軌交通線路。

3.2 車內(nèi)射頻電磁場

長沙中低速磁浮線路車廂內(nèi)和高速鐵路動車組內(nèi)實測頻譜圖見圖5。

圖5 中各頻譜圖縱坐標(biāo)一樣，均未加天線系數(shù)，加上天線系數(shù)后，相對關(guān)系不變。由圖5 可知：小于30 MHz 頻段，中低速磁浮列車車廂內(nèi)電磁輻射明顯大于高速鐵路動車組；大于30 MHz 頻段二者區(qū)別不大。

圖4 輪軌交通和長沙中低速磁浮線路射頻電磁場比較

圖5 中低速磁浮車內(nèi)和高速鐵路動車組內(nèi)射頻頻譜

4 結(jié)論

4.1 直流磁場的差異分析

1）線路附近直流磁場：距線路10 m 以上，無論磁浮交通還是輪軌交通，直流磁感應(yīng)強(qiáng)度均已衰減至環(huán)境背景值（約50 μT 地球背景靜磁場）；距線路10 m 以內(nèi)，直流磁場隨著距離的減少而增大，此距離范圍內(nèi)，長沙中低速磁浮線路產(chǎn)生的直流磁場小于城市軌道交通線路。

2）車內(nèi)直流磁場：長沙中低速磁浮車內(nèi)直流磁場明顯大于城軌列車車內(nèi)直流磁場，前者是后者的3～4 倍。長沙中低速磁浮車內(nèi)直流磁場距車底板0.9 m 時，實測值為470 μT。高速鐵路直流磁場很小，可以忽略。

4.2 低頻磁場的差異分析

1）線路附近低頻磁場。列車通過時，低頻磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值從大到小依次為京滬高鐵、上海高速磁浮、長沙中低速磁浮、其他城市軌道交通線路。當(dāng)距線路距離超過20 m 時，除京滬高鐵外，其他各種類型線路低頻磁感應(yīng)強(qiáng)度均已衰減至接近環(huán)境背景值。

2）車內(nèi)低頻磁場。長沙中低速磁浮和上海高速磁浮車內(nèi)低頻磁場均明顯大于高鐵車內(nèi)低頻磁場。在較低頻段的圖譜上，磁浮比高鐵低頻磁場高約1～2 個數(shù)量級，且比高鐵頻譜寬。長沙中低速磁浮與上海高速磁浮車內(nèi)磁場相比，磁場隨著頻率增加下降較慢，至10 kHz 下降至幅值較低的平穩(wěn)段，而上海高速磁浮則在2 kHz 已降至幅值較低的平穩(wěn)段。

4.3 射頻電磁場的差異分析

1）線路附近射頻電磁場。低于30 MHz 以下頻段，長沙中低速磁浮線路產(chǎn)生的射頻電磁場與京滬高鐵十分接近，明顯大于上海高速磁浮線路和其他輪軌交通線路；30 MHz 以上頻段，長沙中低速磁浮線路產(chǎn)生的射頻電磁場小于京滬高鐵，但仍大于上海高速磁浮線路和和其他城軌交通線路。

2）車內(nèi)射頻電磁場。中低速磁浮列車車廂內(nèi)電磁輻射場強(qiáng)在小于30 MHz 頻段，明顯大于高速鐵路動車組內(nèi)場強(qiáng)，9 kHz～150 kHz 大于高鐵約70 dB，150 kHz～30 MHz 大于高鐵約40 dB；在大于30 MHz 頻率范圍，二者區(qū)別不大。