計算機聯(lián)鎖控制臺黑屏故障的分析

王元國 北京交通大學電氣工程學院

1 故障情況

2009年6月18日，徐州北上到場計算機聯(lián)鎖控制臺上位A機前、后臺顯示器出現(xiàn)黑屏現(xiàn)象。處理人員甩開該機視頻分配器，然后將室內(nèi)視頻延長視頻線與前臺顯示器視屏線對接，前臺顯示器出現(xiàn)站場顯示，但畫面閃爍嚴重。通過在微機室內(nèi)直接為該上位機接顯示器的方法檢查時顯示正常。據(jù)此可知，故障可能原因一是視頻信號衰減嚴重，二是混入了干擾電流。于是我們先后采取了更換視屏分配器和甩地線的方法進行了處理，當甩開控制臺地線后設備恢復正常。此類現(xiàn)象在電氣化區(qū)段的計算機聯(lián)鎖車站出現(xiàn)較多，尤其是在雷雨季節(jié)非常突出，并且顯示界面抖動程度會隨著雷聲的消失而逐漸減弱、消失，對此大多可以采用甩開地線的方法進行處理。

2 原因分析

2.1 地線電流干擾

由故障處理過程可知，控制臺視頻信號受到了地線電流干擾，也就是通常所說的顯示器電源不干凈。究其根源，地環(huán)路干擾是主要原因。

地環(huán)路干擾是指不在同一位置且采用不同地線的幾個系統(tǒng)，在對接互連時所顯現(xiàn)出來的一種干擾。這種現(xiàn)象常常發(fā)生在通過較長電纜連接的相距較遠的設備之間，其產(chǎn)生的內(nèi)在原因是存在地環(huán)路電流。

圖1所示為典型的地環(huán)路干擾形成原理圖，下面我們來詳細介紹一下地環(huán)路電流形成的原因。

圖1 地環(huán)路干擾形成原理圖

原因1：A、B兩地地電位不同，形成地電壓VG，在其驅(qū)動下形成了"A-設備1-互聯(lián)電纜 -設備2-B-地-A"環(huán)形電流回路。由于電路的不平衡性，每根導線上的電流不同，因此會產(chǎn)生差模電壓，對電路造成干擾。由于其它功率較大的設備（如設備1）地線也與此環(huán)路相連，在地線中引起較強電流，而地線又有較大阻抗因此產(chǎn)生地線電壓VG。

原因2：由于互聯(lián)設備處在較強的電磁場中，電磁場在"設備1- 互聯(lián)電纜 -設備2-地 "形成的環(huán)路中感應出環(huán)路電流，與原因1的過程一樣導致干擾。

下面我們針對本站的具體情況來分析故障出現(xiàn)原因，圖2所示為設備故障處理前的鐵路行車室控制臺及微機室設備地線連接簡圖。

其中①②③④⑤⑥意義如下：

①控制臺安全地線，連接控制臺和信號樓水平接地體；

②控制臺與控制臺地線匯集排的連接線；

圖2 行車室信號設備接地圖

③④顯示器、視屏分配器等電源地線；

⑤信號樓微機室與控制臺間的連接地線（通常取自控制臺電源護套線）；

⑥計算機聯(lián)鎖設備的信號地，連接微機室地線匯集排與信號樓地下環(huán)形接地體。

由圖2可知，地線①、②、⑤、⑥控制臺地線匯集排和信號樓地下水平接地體共同組成了一個封閉的地線環(huán)路，這為地環(huán)路電流的產(chǎn)生提供了條件。另外，以下幾個方面也是造成地環(huán)路電流產(chǎn)生的原因。

（1）信號樓地下環(huán)形接地體并非嚴格意義上的等電位體，也存在阻抗，況且其長度遠大于寬度（長度約90 m），其阻抗較高。當水平接地體上有電流流過時就會造成①、⑥間有電位差。

（2）信號設備與鋼軌連接緊密，干擾電流易于侵入。

一是易受雷擊影響。在漫長的鐵道線上，鋼軌處于野外很容易受到直擊雷或感應雷的影響，并在鋼軌中形成強電流，該電流會通過信號設備或貫通地線流經(jīng)信號樓水平接地體從而造成①、⑥間有電位差。

二是受電氣化鐵路影響大。電氣化鐵路電力機車功率巨大，如國產(chǎn)SS4型電力機車功率6400 kW，工作電流高，該電流返回路線有兩條，一條沿鋼軌、回流線返回牽引變電所，另一條以大地為回路返回，這兩種方式一定程度上都會在信號設備及貫通地線中形成電流，進而影響到①、⑥間的電位不平衡。

圖3 故障設備信號樓內(nèi)的設備平面布置圖

2.2 電磁兼容不合理

圖3為故障設備信號樓內(nèi)的設備平面布置圖，此種布置在鐵路既有線信號樓比較常見。據(jù)圖可知，該信號樓內(nèi)電源屏、繼電設備、微機設備強弱電混雜，尤其是具有強電設備的電源屏室處于行車室和微機室之間，造成從微機室到行車室的低壓傳輸線纜必須經(jīng)過強電干擾區(qū)，難免受到電磁污染。同時強弱電混雜，給綜合布線帶來困難，強弱電線纜不得不同槽擺放，這使得低壓微機設備長期受到強電線纜的電磁輻射和電磁耦合干擾，而加快了電子元器件損壞速度。

3 解決措施

3.1 將一端的設備浮地

如上文所述，將連接地線②拆除，控制臺顯示器等設備就處于浮地狀態(tài)。這樣做的目的是切斷地環(huán)路，消除地環(huán)路電流。而控制臺顯示器、分頻器仍可以通過地線⑤、⑥可靠接地。

3.2 使用隔離變壓器切斷地線電流環(huán)路

控制臺電源在室內(nèi)采用隔離變壓器進行隔離，進而切斷地環(huán)路電流。但要注意，變壓器初次級之間的寄生電容仍然能夠為頻率較高的地環(huán)路電流提供通路，因此變壓器隔離的方法對高頻地環(huán)路電流的抑制效果較差。

3.3 使用共模扼流圈

在視頻連接電纜上使用共模扼流圈相當于增加了地環(huán)路的阻抗，這樣在一定的地線電壓作用下，地環(huán)路電流會減小。但要注意控制共模扼流圈的寄生電容，否則對高頻干擾的隔離效果很差。共模扼流圈的匝數(shù)越多，則寄生電容越大，高頻隔離的效果越差。

3.4 改變信號樓內(nèi)信號設備擺放布局

如圖4所示，如果將電源室移到信號樓的尾部，將微機室移到行車室附近就可以減少強電設備對弱電設備的干擾，解決信號樓內(nèi)綜合布線的難題。此方案可作為新建信號樓室內(nèi)設備布局的參考。

圖4 將電源室移到信號樓的尾部，將微機室移到行車室附近示意

4 結(jié)束語

在電氣化鐵路復雜的電磁環(huán)境下，要做到信號樓微機設備完全不受干擾非常困難，抑制地線電流干擾也只是鐵路信號樓綜合防雷接地系統(tǒng)的一個方面。本文目的在于探討一些解決此類問題的方法，提供一種思路，以期能有助于鐵路信號計算機設備的維護。