軌道交通通信系統(tǒng)電磁干擾與處理技術(shù)研究

王 琳

（中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130000）

0 引 言

隨著城市軌道交通不斷發(fā)展，交通通信系統(tǒng)運行中的通信質(zhì)量受到了更多關(guān)注。因此，有必要整合資源內(nèi)容，搭建完整的軌道交通通信管理體系，構(gòu)建完整的控制模式，從而確保抗干擾水平最優(yōu)化。

1 軌道交通通信系統(tǒng)電磁干擾產(chǎn)生的原因

1.1 復(fù)雜干擾源

在軌道交通運行過程中，受所處環(huán)境因素的影響，產(chǎn)生干擾的因素較為復(fù)雜[1]。典型的電磁干擾源如表1 所示。

表1 典型電磁干擾源

1.2 不間斷電源設(shè)置不當

對于城市軌道交通通信系統(tǒng)電源而言，不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS）設(shè)置不到位會產(chǎn)生較為嚴重的干擾問題。一方面，在整個系統(tǒng)運行環(huán)節(jié)中，當調(diào)制無隔離變壓器和逆變電源等設(shè)備時會出現(xiàn)一系列電磁干擾現(xiàn)象；另一方面，如果架空線路或者UPS 外接電源的空間電纜出現(xiàn)異常，也會形成電磁干擾[2]。此外，高頻電源開關(guān)電流轉(zhuǎn)換過程中會產(chǎn)生不同程度的諧波干擾，導(dǎo)致開關(guān)器件因為開關(guān)動作形成過高的電流變化率而形成電磁干擾。

2 軌道交通通信系統(tǒng)電磁干擾處理技術(shù)方案

為全面提高軌道交通通信系統(tǒng)運行質(zhì)量，需要結(jié)合實際情況選取適配的控制方案，確保電磁干擾處理工作順利落實，更好地維護整體管理效果，促進軌道交通通信系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展[3]。

2.1 安裝濾波器

要解決電磁干擾問題，需要先分析耦合路徑，并安裝電磁干擾（ElectroMagnetic Interference，EMI）濾波器，有效將電磁干擾衰減到允許范圍，維護通信系統(tǒng)信息交互管理的規(guī)范性。電磁干擾濾波器基本電路結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。濾波過程本身能抑制干擾，一般是在電源輸入端設(shè)置濾波器，避免電網(wǎng)噪聲影響電源結(jié)構(gòu)，從而抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的電網(wǎng)反饋干擾。

圖1 電磁干擾濾波器基本電路結(jié)構(gòu)

2.2 合理選配UPS

基于城市軌道交通通信系統(tǒng)電源管理要求，為更好地減少電源干擾問題，需要結(jié)合實際情況選取適配的UPS，從而更好地維護整體運行管理的規(guī)范性，維持信息交互傳輸水平[4]。在選型過程中，一方面需要計算總負載量、UPS 容量以及電池容量，匯總相關(guān)數(shù)據(jù)，綜合評估選型標準，確保后續(xù)工作圍繞基礎(chǔ)設(shè)計要求逐步展開。另一方面，需要綜合考量UPS的安裝方式，選取更加適配的處理機制，保證應(yīng)用控制工作符合規(guī)范性。文章從塔式UPS 和機架式UPS中選取2 種產(chǎn)品，參數(shù)如表2 所示。

表2 2 種產(chǎn)品的參數(shù)

由表2 可知，塔式UPS 在相同帶載量狀態(tài)下備用時間更長，配合相應(yīng)的電源保護處理模式，能夠更好地滿足通信控制要求[5]。

2.3 抑制開關(guān)電源干擾

為更好地減少電磁干擾產(chǎn)生的不良影響，要建立較為完整的控制方式，確保能夠并行處理干擾源、傳播路徑、受干擾設(shè)備等方面的問題，從而優(yōu)化通信系統(tǒng)的信息傳輸質(zhì)量，維持軌道交通綜合效益。

第一，結(jié)合屏蔽抑制輻射噪聲干擾源的處理機制，有效限制變壓器內(nèi)部輻射的磁場泄漏。構(gòu)建完整的控制模式，整合資源體系，以便維持整體應(yīng)用控制管理效果，并且有效避免外部輻射對內(nèi)部結(jié)構(gòu)運行產(chǎn)生干擾。借助閉合磁環(huán)，按照屏蔽磁場的處理機制建立磁屏蔽模式，可以更好地維護應(yīng)用控制效果。屏蔽的導(dǎo)線能夠作為開關(guān)電源的電源線和連接線，減少外部干擾耦合對內(nèi)部電路產(chǎn)生的制約作用。此外，需要對開關(guān)電源的外殼和接縫位置采取屏蔽措施，打造更加合理且穩(wěn)定的屏蔽控制模式，提高應(yīng)用管理的科學(xué)性。

第二，需要結(jié)合城市軌道交通通信系統(tǒng)的運行標準，構(gòu)建完整的接地傳導(dǎo)通路，并且保證電源可以借助連接大地的方式減少電源干擾現(xiàn)象。為減少接地阻抗問題，要采取多點接地或者平面接地的方式，設(shè)置相應(yīng)的就近接地處理控制模式，有效實現(xiàn)接地回路壓降控制目標。采取旁路電容處理方式降低返回電流的幅值，維持系統(tǒng)綜合管控工作的基本水平[6]。

第三，優(yōu)化電源干擾抑制器設(shè)計水平。對于微機保護和綜合自動化裝置而言，需要打造更加完整的保護機制，提高保護控制的基本水平，維護實際應(yīng)用效果。雷電浪涌頻譜研究數(shù)據(jù)顯示，多數(shù)浪涌呈現(xiàn)低頻特征，主要的能量匯聚在頻率較低的頻段范圍內(nèi)，但是也會出現(xiàn)瞬態(tài)高頻的問題。多數(shù)浪涌抑制器只能對浪涌采取簡單的抑制處理，無法有效應(yīng)對高頻含量。借助電磁干擾濾波器能更好地抑制電子設(shè)備電源線出現(xiàn)的干擾問題，符合應(yīng)用要求。因此，需要融合電磁干擾濾波器和浪涌抑制器，組成復(fù)合型濾波處理抑制設(shè)備[7]。復(fù)合型濾波處理抑制設(shè)備的設(shè)計原理，如圖2 所示。

圖2 復(fù)合型濾波處理抑制設(shè)備的設(shè)計原理

2.4 改善設(shè)備電磁兼容性

為有效減少外部電磁干擾問題對系統(tǒng)運行效果產(chǎn)生的影響，需要保證軌道交通車輛內(nèi)部電子設(shè)備電磁的兼容性水平，并依據(jù)電磁兼容性指標優(yōu)先選擇適配設(shè)備和應(yīng)用環(huán)境。城市軌道交通系統(tǒng)會設(shè)置大量的內(nèi)部顯示器，而乘客的手機端、車組人員交流的通信設(shè)備以及控制器等都會對通信系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的電磁干擾。因此，需要全面建立有效的控制模式，確保電磁兼容處理環(huán)節(jié)的合理性。優(yōu)先選擇抗干擾能力較強的設(shè)備，結(jié)合隔離技術(shù)和浮地技術(shù)等，有效降低電子設(shè)備電磁干擾造成的影響[8]。

2.5 改良接地系統(tǒng)

接地系統(tǒng)設(shè)計環(huán)節(jié)中，理想的節(jié)點系統(tǒng)以系統(tǒng)電路零電位作為參考點，依據(jù)電流狀態(tài)完成控制處理，有效避免電壓降低，維持零電位和零阻抗的實體應(yīng)用狀態(tài)。但是，實際應(yīng)用環(huán)境中存在大量干擾因素，需要合理規(guī)劃接地系統(tǒng)接地點數(shù)量及其位置，打造規(guī)范且可控的回路干擾控制模式[9]。同時，要以電磁兼容性和接地系統(tǒng)設(shè)計的合理性為核心，保證地鐵運營設(shè)計接地系統(tǒng)處理效果完整合理，并隔離安全地線、信號地線和電源，科學(xué)設(shè)置電源位置，配合單點連接模式，提高整體應(yīng)用管理的科學(xué)性。

此外，設(shè)置對應(yīng)的防雷裝置，要抑制雷擊干擾等，避免線路出現(xiàn)瞬態(tài)過電流現(xiàn)象和過電壓現(xiàn)象，優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)屏蔽控制效果，改善階段性防控處理效果，保障通信系統(tǒng)的運行質(zhì)量。

3 地鐵通信系統(tǒng)預(yù)防性維護養(yǎng)護建議

為解決地鐵通信系統(tǒng)的干擾問題，不僅需要從源頭減少干擾，落實相應(yīng)的技術(shù)方案，還需要積極踐行規(guī)范的預(yù)防性防護工作，有效構(gòu)建更加安全穩(wěn)定的運行環(huán)境，從而保障地鐵通信系統(tǒng)的正常運行。

3.1 強化員工對維修方案的認知水平

積極提高員工對預(yù)防性養(yǎng)護工作的重視程度，認可維修設(shè)計內(nèi)容，依據(jù)維修標準逐步落實具體工作，從而保證維修控制環(huán)節(jié)的合理性，提高整體作業(yè)的精準性和規(guī)范性。要定期開展培訓(xùn)和交流活動，引導(dǎo)員工了解地鐵通信系統(tǒng)抗干擾預(yù)防性養(yǎng)護工作的重點，結(jié)合實際規(guī)范開展具體活動。只有形成預(yù)防性養(yǎng)護維修管理的意識，才能更好地開展相關(guān)作業(yè)[10]。

3.2 制定規(guī)范化養(yǎng)護機制

要落實崗位責(zé)任機制，保證相關(guān)工作人員能夠依據(jù)預(yù)防性養(yǎng)護維修工作周期要求落實具體工作。只有將相關(guān)責(zé)任內(nèi)容落實到個人，才能更好地激發(fā)工作人員的潛能，提高作業(yè)水準，并嚴格遵循抗干擾設(shè)計要求開展具體工作。

4 結(jié) 論

結(jié)合城市軌道交通通信系統(tǒng)的應(yīng)用要求，全面分析造成軌道交通通信系統(tǒng)出現(xiàn)電磁干擾的因素，構(gòu)建更加完整的控制模式，合理抑制電磁干擾。為保證電源系統(tǒng)運行質(zhì)量，優(yōu)先選擇UPS 設(shè)備，秉持全過程管理和預(yù)防性維護原則，全面落實抗干擾控制方案，為電源電磁干擾統(tǒng)籌管理提供保障，促進城市軌道交通可持續(xù)健康發(fā)展。