鐵路信號強電磁干擾抑制技術的研究

摘 要：電氣化鐵路高速發展，鐵路信號系統采用了越來越多的精密設備，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中主要的強電磁干擾類型，以及目前實際設計施工中主要采取的抑制電磁干擾的措施。

關鍵詞：鐵路信號；電磁干擾；電氣化

引言

隨著鐵路技術的不斷發展，微電子、計算機等先進技術陸續被運用到了鐵路信號系統中來。在現如今的電氣化鐵路系統中，電磁干擾對信號電纜、聯鎖電碼化元件等鐵路信號設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安全。鐵路信號系統屬于弱電系統，對干擾較為敏感，所以提高系統自身的抗干擾能力是保證鐵路信號系統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備元件、傳輸通道或系統性能的下降。電磁騷擾（Electromagnetic Disturbance）則是指任何會引起設備或系統降低或者對物質產生損害作用的電磁現象，由于其客觀存在性，敏感設備只有在被其影響以至不能正常工作時才構成干擾。其傳播途徑有兩條，一是通過空間的輻射，即輻射發射；二是通過連接的導線傳導，即傳導發射。對鐵路信號系統造成的電磁干擾中，主要有雷電電磁干擾和電氣化牽引供電系統干擾這兩方面。

1.1 雷電電磁干擾

雷電是大氣放電所產生，由兩種帶異電荷的雷云接近時而產生的強烈放電現象。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影響較小。而雷擊作為云層對大地的放電現象，對鐵路信號設備的影響非常大。通常把雷擊分為直擊雷、感應雷兩種主要形式。

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

感應雷指的是放電并未直接擊中鐵路信號系統，而是在其放電過程中產生巨大的磁場變化，使附近導體中產生強大的電磁脈沖。電磁脈沖會在沿著導體傳導的過程中損害電路中靈敏的元器件，由于現代信號系統中電器元件集成度很高，所以感應雷所產生的電磁脈沖會對鐵路信號系統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干擾

我國的電氣化鐵路供電系統一般由接觸網和牽引變電所構成，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。這些供電方式決定了其干擾信號主要為牽引傳導性干擾和牽引電磁干擾。

傳導性干擾由傳導電流產生，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備造成了干擾。鐵路信號系統中，在鋼軌絕緣處安裝了扼流變壓器，將信號設備于鋼軌連接起來。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，在信號電纜上會產生了感應電動勢，導致線路信號傳輸質量下降，嚴重的甚至會造成信號電纜絕緣層被擊穿，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。

2 強電磁干擾抑制技術

2.1 屏蔽技術

屏蔽技術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域包圍起來，使屏蔽體內外相互隔離。屏蔽技術分為兩種：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。高電導率、低磁導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率的鐵磁性材料來屏蔽。

2.2 濾波技術

濾波技術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絡，插入損耗是濾波器最重要的特性參數，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

接地技術可以提供一個等電位，其保護地線應該與真正的大地相連，大部分時候接地與設備屏蔽是相結合的，我們將這種地線稱作工作地線。對于信號電纜，當長度不是很長時，可以單點接地，并在不接地的一端應加裝保護器。在鐵路沿線埋設的電務和通信電纜，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 結束語

鐵路的發展已經進入了新的時代，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。信號系統地穩定運行，對抑制強電磁干擾的技術也提出了更嚴格的要求。我國地大物博，鐵路線路跨度很大，自然環境復雜多變，現有的技術還不能完美地解決強電磁干擾問題，需要在現有技術的基礎上，進行升級創新，推進鐵路信號系統的安全發展。

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