? 淺談高速鐵路信號系統電磁兼容的幾個問題-杭州遠方光電信息股份有限公司

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    淺談高速鐵路信號系統電磁兼容的幾個問題

    2020-08-18459

     

    隨著我國鐵路運輸向高速、高密度、重載方向的飛速發展,高速鐵路信號系統對鐵路信號設備的安全性、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,以保證任何子系統的運行都不受其他子系統所產生的電磁輻射。 


    高速鐵路信號系統電磁兼容問題 


    電磁兼容指的是設備在共同的電磁環境中能一起執行各自功能的共存狀態。即:該設備不會由于受到處于同一電磁兼容中其它設備的電磁發射導致或遭受不允許的降級;它也不會使同一電磁環境中的其它設備(分系統、系統)因受其電磁發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)兩個方面,并且所有電子產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。傳導干擾是指通過導電介質把一個電網絡上的信號耦合(干擾)到另一個電網絡。輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號耦合(干擾)到另一個電網絡。

    高鐵信號系統的各個子系統之間基本上都是通過電纜線路把室內室外設備聯系起來的,室內室外設備間存在一定的邏輯聯鎖關系。室內設備通過采集室外設備的狀態,經過聯鎖計算并結合操作人員的指令,產生驅動命令,通過驅動電路對室外設備進行控制,從而確保行車安全和效率。因此信號系統的安全可靠工作關系重大。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行應有功能的過程中不受周圍電磁環境影響的能力。在現代科技快速發展的今天,電磁干擾無處不在,為了保證系統能夠安全可靠的運行,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非常復雜的電磁干擾環境中,如果不采取有效的措施,將會對信號系統產生極大的影響,輕者對鐵路信號系統的正常運行產生影響,燒毀信號設備,影響運輸效率,重者產生錯誤信號輸出,威脅運輸安全。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。   


    產生電磁兼容問題的原因 


    對電磁兼容問題的關注,主要圍繞構成干擾的三要素來進行。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

    電磁干擾源實際上是一種電磁能量,它能使共享同一環境的人或其它生物受到傷害,或使其它設備、系統發生電磁危害,導致性能降級或失效。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生電磁能量干擾,其中一部分是專門用來發射電磁能量的裝置,稱為有意發射干擾源。另一部分是在完成自身功能的同時附帶產生電磁能量的發射,成為無意發射干擾源。

    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。

    在實際工程中,兩個設備之間發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,反復交叉耦合,共同產生干擾,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,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備甚至可以是一個大型系統。

    3.4、高速鐵路信號系統所受電磁干擾的來源和途徑

    鐵路信號系統處于一個復雜的電磁環境中,既有接口傳輸線路產生的共模干擾耦合靜電放電、工頻(50 Hz)磁場產生的電磁干擾、牽引供電系統引起的電磁干擾、10 kV高壓產生的各種電磁干擾,還有信號機械室(機房)內因電子設備輻射電磁場效應存在的電磁干擾。干擾源通過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信號傳輸導線傳導至電子設備,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從產品的開發階段開始,并貫穿于整個產品或系統的開發生產全過程,而且越早注意解決電磁兼容問題,越可以節約人力與物力。對于高速鐵路信號系統而言,實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、機車信號防干預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,并采用與最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狀況。

    (3)、軌道電路受電段繼電器線圈并接防護盒,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、機車信號防干預措施。

    對機車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,作為行車憑證的列車運行控制系統基礎的機車信號應為主題信號,是由車載信號和地面信號設備共同構成的系統,必須符合故障導向安全的原則。在鄭徐鐵路首先應用的列車控制系統為國際國內最先進設備,具有良好的抗干擾能力。

    (2)設備布線及安裝方面的防護措施:采用屏蔽線,且屏蔽線段的屏蔽網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行防護。

    (4)接收線圈距離導輪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,以保證列車正常運行,采用我國自行研制開發的ZPW-2000A技術,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間信號設備接地裝置一體化,在區間使用貫通底線,信號機械室防靜電地板下設網格地線,并將信號機械室內房間水管、暖氣管道與室外所有底線進行等電位連接后接至貫通地線等措施來完成的。  


    結論 


    只有充分考慮高速鐵路信息系統的電磁兼容性,并通過各種技術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的安全性、穩定性和可靠性。 



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