地鐵通訊系統電磁干擾危害的解決措施

安徽建筑大學 郭雨欣

受到科學技術日益進步的影響，促使各種類型的電子設備數量與日俱增，對其電磁兼容性的要求也隨之提高。處在地鐵環境中，不但包括相關電氣設備，而且含有不同種類的無線電磁干擾源。其中電源、計算機均能夠形成電磁干擾，造成電磁環境不佳，帶給地鐵通訊系統很大的危害，容易引發故障問題。通過說明電磁干擾帶給地鐵通訊系統的影響，介紹了地鐵通訊電磁干擾傳播的渠道，并且分析了電磁干擾造成的危害，同時提出了針對地鐵通訊系統電磁干擾危害的處理對策，以便提供給有關工作人員有效的參考和幫助。

進行地鐵工程建設管理時，電磁工程屬于必不可少的構成內容，而電磁兼容性問題始終屬于難點。面對地鐵工程迅速發展、線路逐漸延長的形勢，換乘站、地鐵控制設備的數量都隨之增多。經過長久運用以后，很多設備發生老化的現象，針對電磁干擾抵抗的能力開始下降，因而，科學分析與說明地鐵通訊系統電磁干擾危害與處理的對策可謂十分關鍵，需要引起一定的關注和重視。

1 電磁干擾帶給地鐵通訊系統的影響說明

在地鐵中的無線通訊系統類型有很多，包含了眾多的無線系統，實現了模擬、數字通信系統之間共存的效果。無線系統所占用的頻譜寬度很大，包括了80～2700MHz。而無線覆蓋的形式非常多，容易出現電磁干擾的問題，其中以系統內干擾、不同系統間的電磁干擾為主。對于地鐵工程信息化建設而言，通訊系統屬于其中必不可少的主要內容，在實際運營過程當中發揮出良好的作用。依靠對此系統的合理利用，能夠深入分析城軌運行的具體位置與情況，有利于信號的快速傳遞，帶給工作人員科學地指導，確保列車能夠得到高效調控，有效規避產生突發情況。但是，地鐵通訊系統易于被電磁干擾，從而造成嚴重的故障問題。由此可見，經過上文的論述與分析之后，從中可以獲悉，說明電磁干擾帶給地鐵通訊系統的影響可謂十分關鍵，其重要性是毋庸置疑的。

2 地鐵通訊電磁干擾傳播的渠道

2.1 輻射干擾分析

此種干擾針對的為干擾源依靠空間將信號耦合至另一個電網絡當中。當電源電路、輸入與輸出信號的電路處于某個特定的環境當中，均能夠形成輻射天線，如果干擾源外殼通過了高頻電流的情況下，而外殼自身便屬于輻射天線，在干擾能量方面，結合電磁場具有的規律，會朝周圍的空間進行輻射。例如，電力機車運行的過程當中便形成了輻射干擾危害，在部位方面有很多，諸如受電弓架和接觸網間、車輪與軌道間、電磁閥以及電抗器負載開閉位置等。上述情況大部分會受到接點的變化產生移動，雖然接觸電壓產生改變以后，形成了干擾電壓，然而大部分屬于火花放電，接觸網也形成了典型的輻射干擾源。

2.2 傳導干擾分析

此種干擾針對的為依靠導電介質將1個電網絡中的信號耦合至另1個電網絡當中。傳輸干擾信號的過程中，干擾源與敏感器間需要具備更加完整的電路連接，此時，干擾信號會沿此連接電路傳遞至敏感器，形成了嚴重的干擾。在傳輸電路當中涵蓋了公共阻抗、導線以及互感元件等。例如，在產生高頻開關動作后，便會形成一定的電磁干擾，實現在供電線路當中的傳播。而電視監控系統當中的視頻信號和與電網的電位不一樣時，攝像機和顯示器間的電源便產生了電流回路的情況，而地電流的一些諧波分量則進到視頻信號當中，造成工頻干擾的問題。

再如，對于智能手機來說，射頻模塊包括了手機天線與接收器，此模塊假如沒有被干擾，能在200kHz帶寬范圍內接收到-120dBm的極弱信號。不過以上屬于理論數據，實際上，智能手機的時鐘頻率支持GSM880～1800，藍牙、WiFi頻段，系統接收器裝置容易被相關內部組件所干擾，通常為諧波、數據信號耦合到天線，降低了射頻模塊的靈敏度與通訊的質量。如圖1所示。

圖1 移動設備射頻干擾與劣化機制圖Fig.1 Diagram of RF interference and degradation mechanism of mobile equipment

3 電磁干擾造成的危害分析

一般來說，電磁干擾采用不同的干擾方式，可以帶給相關電子設備一定的干擾，不利于確保其他設備運行的正常與穩定性，容易導致嚴重的故障問題。例如，從醫用電子領域的角度而言，無論是不同類型的電療設備，還是外科常用的手術刀，進行運用的過程中，電磁能量會對外發射，形成空間輻射干擾的現象，無法確保相關設備正常的運行。再如，對于飛機的機艙來說，如果使用手機和電腦等電子設備以后，形成的電磁干擾噪聲將借助空間輻射的形式，妨礙到飛機傳感器正常的運作，假如導致飛機的導航系統產生故障以后，必然將造成極大的危害，提高了空難的產生幾率。

4 針對地鐵通訊系統電磁干擾危害的處理對策

4.1 合理運用無源器件

針對電磁干擾、射頻干擾的管控而言，合理運用無源器件能夠發揮出良好的作用。無源器件處于非理想條件下，易于被高、低頻率所干擾，使導線、電容、電感發生不同的變化。基于高頻率下，導線變為反射線，電容和電感發生互換的情況。在低頻率下，導線電阻十分低，通常是每米0.0656Ω，產生0.79nH的寄生電感，假如頻率超過13kHz，將變為電感，不過電感不可控，最終導線將變成發射線，根據有關天線理論，形成1個增益天線。

4.2 加大針對地鐵系統外部電磁干擾的屏蔽力度

對于地鐵系統而言，在屏蔽的位置方面，通常選取在地鐵的接收器設備與車站總控制室當中。當布設屏蔽系統的過程中，應該根據有關操作要求，合理加以設置。通常情況下，對于地鐵的外部電磁干擾屏蔽涵蓋了電場、電磁、磁場等屏蔽類型。在這當中，選用電場屏蔽的過程中，需要使高導電性材料及時接地，以便發揮出其應有的功效和作用。一般來說，地鐵系統中的磁場屏蔽針對的為以低頻磁場與直流磁場作為對象所進行的屏蔽，雖然最后的成效對比電場很弱，然而，屬于當前國內地鐵系統經常應用的屏蔽形式。當設置磁場屏蔽的過程當中，需要將鐵磁性材料作為首選，通過科學利用那些含磁性的相關電子元件，實施磁屏蔽體開孔的過程中，確保開孔方向的正確性，使磁通的流向和開孔的長邊處于平行的狀態，同時減小磁路的總長度。

4.3 增強地鐵車輛電子設備的電磁兼容性能

基于減小地鐵車輛所受電磁干擾的目的，需要增強地鐵車輛電子設備的電磁兼容性能，把電磁兼容性當成主要的指標之一，以便確保地鐵車輛電子設備的質量達到相關規定。通常情況下，在地鐵中的顯示器、相關通信設備等均形成了不同程度的電磁干擾，所以，進行電子設備購買的過程中，應該使電子設備達到地鐵系統電磁兼容性方面的要求，并且將那些抗干擾能力很強的電子設備作為首選，同時加大對隔離與浮地技術的運用力度，能夠達到減小電子設備形成電磁干擾的目的。除此之外，當進行地鐵電子與電氣設備購買的過程當中，需要及時和生產廠家進行深入溝通，從而熟悉并掌握電子設備的各項抗干擾指標，而且要明確耐壓能力的狀況，從而科學規劃電子產品運行的磁場環境。

4.4 科學運用PCB板

USB3.0接口的帶寬很高，對于PCB板而言，由于其屬于高帶寬接口器件，容易形成大容量的數據，從而形成高頻噪聲，采樣時鐘與輸入針對此類高頻噪聲十分敏感。所以，需要在PCB板上使用小型濾波器，可以達到降低電磁干擾的目的。并且，應該結合具體的狀況，科學設計PCB板，而且利用地線填充信號線間隙，讓地線和電源平行走線，達到減小電感的效果。

4.5 構建模塊化配電系統模型

建立“系統－流程－算法”的三維矩陣式模型，實現對配電網設計過程中的配電網短路、潮流與線損計算、無功補償計算等環節模塊化軟件化處理，增強實用價值，達到做好配電系統關鍵參數智能化仿真計算的目的，形成滿足我國企業標準要求的設計決策模型，以便確保不同維度數據的精準性，進一步提高整體的設計工作效率。模塊化配電設計輔助系統流程如圖2所示。

圖2 模塊化配電設計輔助系統流程圖Fig.2 The flow chart of the auxiliary system for modular power distribution design

由于該平臺擁有可以深度計算、智能關聯以及較高的安全性等特征，便于運用配電網建設過程中取得的理論成果，不但增強了規劃設計的深度，而且確保了建設工作的準確性。此平臺的矩陣式模塊能夠迅速復制到其他同類的系統當中，可以達到推廣和應用成果的可復化功能。對于配電網保護整定模塊的過電流保護計算如圖3所示，配電網保護整定模塊的定時限過電流計算如圖4所示。

圖3 配電網保護整定模塊的過電流保護計算圖Fig.3 Calculation diagram of overcurrent protection of distribution network protection setting module

圖4 配電網保護整定模塊的定時限過電流計算圖Fig.4 Calculation diagram of definite time overcurrent of distribution network protection setting module

5 結語

綜上所述，對于地鐵通訊系統建設工作而言，盡管已經參考了電磁兼容性方面的因素，然而實際運營管理的過程當中，依然會產生電磁干擾的現象。在地鐵線路得以不斷拓展以后，無論是控制中心，還是換乘站，數量呈現出不斷增多的形勢，而相關通訊設備容易發生老化的情況，需要定期進行維修，讓設備出現電磁泄漏的現象，所以，做好地鐵通訊系統電磁干擾的處理工作顯得尤為必要。