牽引供電系統(tǒng)對鐵路信號系統(tǒng)的電磁干擾分析

任 韜

（中國聯(lián)合工程有限公司，北京100071）

0 引 言

隨著信息技術在當今社會的不斷發(fā)展，大量高科技信息產品和技術已被廣泛應用于鐵路信號系統(tǒng)，在保證鐵路信號系統(tǒng)健康高速運轉，滿足人們日常列車出行方面發(fā)揮著重要作用。鐵路信號設備的組成異常復雜，涉及大量的電子元件，且信號系統(tǒng)在運行過程中極易受到牽引供電系統(tǒng)的電磁干擾。鐵路信號系統(tǒng)的抗干擾研究受到越來越多人的關注與重視，有效避免電磁干擾對鐵路信號造成的影響，需要結合信號系統(tǒng)的構成，充分挖掘供電系統(tǒng)產生干擾信號的原因，并結合信號系統(tǒng)出現(xiàn)的各種實際故障，優(yōu)化和調整現(xiàn)有的抗干擾措施，力求進一步增強牽引供電系統(tǒng)的抗干擾能力。

1 牽引供電系統(tǒng)電磁干擾入侵鐵路信號系統(tǒng)的途徑

電磁干擾指的是一種電磁現(xiàn)象，可通過對電力設備的電子信號的干擾，影響設備的正常使用。根據(jù)傳播介質的不同，電磁干擾可分為輻射干擾與傳導干擾兩種形式。其中，輻射干擾是通過空間對干擾源進行信息傳輸，在傳輸過程中，借助輻射介質將干擾源以電磁波的方式傳播到另一個電網(wǎng)絡。在鐵路信號系統(tǒng)中，各種信號線、接插元件都有可能成為干擾源的輻射介質，因而鐵路信號系統(tǒng)極易受到輻射干擾，影響整個系統(tǒng)的正常運作。傳導干擾則是通過導電介質傳播干擾電網(wǎng)絡[1]。在鐵路信號系統(tǒng)正常運轉過程中，由于機電或其他人工裝置在工作中附帶產生的電磁能量干擾無法避免，干擾源會通過系統(tǒng)中的各種導電介質，將干擾源從一個電網(wǎng)傳輸?shù)搅硪粋€電網(wǎng)，影響設備正常功能的發(fā)揮。由于鐵路信號系統(tǒng)的各種電阻、電容等電子元器件數(shù)量較多，傳導干擾已成為鐵路信號系統(tǒng)中常見而又無法杜絕的一種干擾方式。

2 牽引供電系統(tǒng)對鐵路信號系統(tǒng)的干擾形式

2.1 電磁感應與輻射干擾

當電力機車從線路通過時，牽引電流流經(jīng)接觸網(wǎng)，由于此時的牽引電流是工頻單向交流電，會使接觸網(wǎng)周圍產生交變電磁場，以輻射或耦合的形式使周圍通信線路產生電磁交鏈，導致通信線路產生沿著導線縱方向的電磁電動勢。若通信線路與接觸網(wǎng)距離較近，縱電動勢會對信號產生干擾，甚至引發(fā)各種危險事故。一般情況下，電磁感應在距離傳輸通道100 m左右時，便會對通信線路產生影響。牽引電流會隨著時間的變化而產生波動，除在通信線路中產生縱電動勢外，還會在整流電流的過程中出現(xiàn)大量高次諧波，產生諧波感應電壓，即通常所說的雜音，并且隨著牽引電流的增大，縱向電動勢和雜音電壓也會隨之增大，進而影響到鐵路信號系統(tǒng)的正常運轉。

2.2 電流回流時引起的傳導性干擾

鐵路信號系統(tǒng)是利用扼流變壓器將牽引回流與軌道電路系統(tǒng)溝通，實現(xiàn)信號的高效傳輸。然而，在實際運行過程中，牽引電流流經(jīng)與兩根鋼軌相連的兩個牽引線圈時的電流并不相等，且扼流變壓器難以對這種不平衡電流進行及時調節(jié)，進而由于電流的不平衡產生電磁干擾和雜音干擾，影響通信線路的信號傳輸質量。此外，兩根鋼軌內的不平衡電流如果瞬間增大，超出正常范圍，或由于接觸網(wǎng)放電、扼流變壓器設計容量較小以及回流徑路設計不合理等原因引起總牽引回流超標，會導致鋼軌連接的各種設備因電流過大燒毀損壞，給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失。

2.3 電力機車的感應性干擾

流經(jīng)鋼軌的電流的大小隨著電力機車的位置和電力機車用電量的變化而不斷改變。電力機車在正常運行時，各軌道電路區(qū)段的工作電流不會發(fā)生變化，但隨著電力機車上線運行臺數(shù)的增多，尤其是大功率電力機車的增多，在鋼軌中流過的牽引回流和軌道電路的工作電流會相應增大，與正常電流相差幾百倍甚至上千倍，對弱電流造成影響，引發(fā)干擾，進而影響到信號系統(tǒng)的正常工作。通常，牽引回流要經(jīng)過多個軌道電路區(qū)段，后傳至回流線，在其經(jīng)過傳輸渠道回到變電所的過程中，若未采取有效措施控制強電流，會造成電流的不平衡現(xiàn)象，導致牽引回流值超標、不平衡電流值超標或牽引回流不暢通，對軌道電路產生電化干擾，影響電路運行的穩(wěn)定性。

3 減小或消除電磁干擾的措施

3.1 選擇合適設備

為有效降低牽引供電系統(tǒng)電磁干擾對鐵路信號系統(tǒng)的影響，需結合實際的鐵路信號系統(tǒng)運行與牽引供電系統(tǒng)電磁干擾方式，針對性實施應對措施。首先，可以通過選擇科學合理的基礎設施，保證整個系統(tǒng)的正常運行。在設備的選擇環(huán)節(jié)，要根據(jù)供電系統(tǒng)的供電方式，通過對供電回路的合理設計，減輕電流回流時的電磁干擾，同時，根據(jù)列車的實際需要，選用合適的機車類型，綜合考慮電纜及供電方式的選擇，以此提高鐵路信號系統(tǒng)的抗干擾能力。

3.2 構建電磁信號平衡體系統(tǒng)

科學選用設備是保證鐵路信號系統(tǒng)正常運轉的基礎，但在實際工作過程中，采用合理的工程方案及正確的工程措施同樣重要。在以直供方式進行供電時，加強回流線的對稱設計可以延長供電回路，保證電流回流時不受電磁干擾影響，促使電流回流工作順利進行。

3.3 合理優(yōu)化施工工藝

為保證鐵路信號系統(tǒng)的正常運轉，需加強對各項抗干擾措施的設置，嚴格規(guī)范施工操作，優(yōu)化施工工藝，確保整個工程質量符合技術要求。在實際施工過程中，需注意貫通地線的正確連接方式，嚴禁以電纜鋼帶連接或代替，同時應加強各類電纜連接線的施工工藝，確保施工人員嚴格按照施工方案及技術要求。此外，需注意對各類施工細節(jié)的施工，如螺絲的松緊、打軌道眼的距離長短等。通過對施工工藝的嚴格把控，減少干擾因素的產生。為保證供電系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行，可將計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)內部各微機之間的通信系統(tǒng)直接用光纜進行連接，減少干擾源的傳播介質，有效提高系統(tǒng)的整體抗干擾能力。

3.4 牽引供電系統(tǒng)降低干擾信號措施

在利用牽引供電系統(tǒng)降低干擾的過程中，首先應注重牽引供電設備的正確選擇。在選擇牽引供電設備時，應充分考慮其供電方式是否具備抗干擾能力。當前，常用的供電方式為AT、BT以及同軸電纜供電。合理的供電方式可有效提高牽引電流回流路徑的對稱性，降低接觸網(wǎng)中的電磁感應。同時，在選擇電纜線路時，應盡量選用具備抗干擾能力的屏蔽線纜。此外，還應加強施工過程中的抗干擾能力，在施工過程中，嚴格按照施工要求，做好現(xiàn)場線路的安裝與維護工作，并加強對各項抗干擾措施的應用，盡量減少信號干擾。

3.5 信號系統(tǒng)抑制干擾信號措施

對信號系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，從信號系統(tǒng)的各組成部分出發(fā)加強抗干擾能力控制，從而增強整個系統(tǒng)的抗干擾性能。首先，在選擇變壓器時，要充分考慮其抗干擾能力。扼流變壓器依賴其內部結構與功能特性，可成功減少電力牽引回流時產生的干擾。而通過加大扼流變壓器的鐵芯氣隙，可以減少供電過程中產生的巨大不平衡牽引電流，進一步達到降低干擾的目的。同時，新型扼流變壓器中的適配器可對干擾源形成容性阻抗，通過與扼流變壓器的共同作用，對電磁干擾源進行阻抗傳輸，從而完善信號傳輸線路，使干擾降至最小，實現(xiàn)鐵路信號系統(tǒng)的安全運行。

4 結 論

牽引供電形式因其強大的牽引力及低碳環(huán)保的特征，已被廣泛應用于我國鐵路系統(tǒng)，為保證我國列車的高速安全運行提供了技術支持。然而，供電系統(tǒng)在運行過程中對鐵路信號系統(tǒng)的干擾現(xiàn)象愈發(fā)普遍，影響列車的正常信號傳輸，損壞信號設備，甚至導致安全事故的發(fā)生。為有效避免牽引供電系統(tǒng)干擾源的產生和干擾的入侵，需分析牽引供電系統(tǒng)的供電方式與構成，找出干擾源的產生方式和入侵途徑，進而采取有效的應對策略。