小議弓網(wǎng)離線電弧電磁干擾

牛武斌 趙婷婷

（山西大學物理電子工程學院 山西 太原 030006）

隨著我國電氣化鐵路的不斷發(fā)展和完善，需要對通電網(wǎng)絡進行有效的設計和安裝，因為電力機動車所需的動力主要來源于鐵路線上架設的接觸網(wǎng)，其可以將電能傳輸給電力機車，同時電力機車還可以通過車頂受電弓進行滑動發(fā)電。 這種供電的方式中，電力機車的受電弓與接觸網(wǎng)的接觸尤為重要，如果受電弓與接觸網(wǎng)發(fā)生分離，將會形成弓網(wǎng)離線電弧，電力機車不能正常運行，嚴重威脅到人民的生命財產(chǎn)安全。

1．弓網(wǎng)離線電弧產(chǎn)生的原因

1.1 接觸硬點造成的弓網(wǎng)離線

接觸硬點造成的弓網(wǎng)離線已經(jīng)成為實踐上誘發(fā)弓網(wǎng)離線的主要因素，而接觸硬點就是我們經(jīng)常提到的電弓間的接觸壓力、電力機車受接觸網(wǎng)瞬間發(fā)生電壓改變的地方。 實際上，接觸硬點在整個電力機車的接觸線普遍存在，對于一些大的零部件諸如接觸線上的定位夾和接頭線夾等，這些均容易使得受受電弓與接觸線之間的接觸壓力突然發(fā)生變化而致使接觸線出現(xiàn)硬點拉弧問題。 另外，因為接觸線在很長一段時間的使用、磨損過程中會產(chǎn)生波狀磨耗，這一問題同樣也容易引起連續(xù)拉弧。

1.2 接觸線材料與受弓網(wǎng)滑板不匹配

實際上，內(nèi)部的接觸線材料要做到顆粒細小且均勻分布，并且接觸線的剛度設計要合理，只有這樣才保證接觸線上受電弓滑板能夠平順滑動，如果接觸線內(nèi)部材料顆粒過大或者分布不均勻，將會導致接觸線上的剛度無法均勻分布，進而使電弓滑板沿接觸線滑動時發(fā)生沖擊，引發(fā)小型離線火花的出現(xiàn)。

2.弓網(wǎng)離線電弧帶來的諸多危害

我們都知道，當今的電氣化鐵路一般是通過交流供電制牽引網(wǎng)來完成供電任務的，與此同時電力機車通過受電弓和接觸網(wǎng)間存在的受流，來推動電動機車快速運行，如果電力機車在運行中，接觸線及受電弓之間出現(xiàn)分離，將會在瞬間出現(xiàn)高溫電弧，其雖然可以保證電力機車供電系統(tǒng)的供電線路不會突然中斷，但是其會對弓網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的危害，嚴重的時候還會導致弓網(wǎng)系統(tǒng)癱瘓。

2.1 弓網(wǎng)離線電弧會導致電力機車的不穩(wěn)定運行

在電力機車的運行過程中，由于接觸線和受電弓間接觸的穩(wěn)定性不好，從而導致電力機車偶爾出現(xiàn)受流間斷的現(xiàn)象，對此，在電力機車運行中則會出現(xiàn)不正常的加速亦或是不正常的減速問題，對電力機車的牽引供電乃至正常運行均具有一定的威脅性。

2.2 電弧的高溫會對弓網(wǎng)系統(tǒng)造成損害

據(jù)有關資料研發(fā)發(fā)現(xiàn)，高速鐵路瞬間發(fā)生弓網(wǎng)離線，不僅會形成刺眼的強，而且還會形成比較強烈的火花，電弧的高溫溶蝕作用通常會燒毀受電弓滑板和接觸線，縮短受電弓和接觸線的使用壽命，當多弓電力機車的受電弓同時發(fā)生離線電弧的時候，其產(chǎn)生的高溫將會燒毀接觸網(wǎng)，造成供電發(fā)生中斷，從而導致電力機車慢慢失去應有的牽引力或者喪失制動力， 嚴重的時候還會導致整個牽引供電系統(tǒng)癱瘓，大大的危害到電力機車中的工作人員以及乘客的人身安全、 財產(chǎn)安全。

2.3 離線電弧的產(chǎn)生往往會伴隨著電磁干擾的產(chǎn)生

受電弓離線拉弧的瞬間，既會有高能量與高溫的釋放發(fā)生，形成高幅值的過電壓，而且還會不間斷的向周圍空間發(fā)射高頻噪音，這樣一來不僅會對電力機車沿線的通訊信系統(tǒng)和無線系統(tǒng)造成較大餓干擾，而且還會導致通訊間斷或無線系統(tǒng)發(fā)出的信號失效。并且，高頻噪音會在一定程度上影響電力機車控制的信，對正常運行帶來不必要的干擾，給電力機車的安全運行造成無法估量的威脅和害處。

舉例來說，在逐漸行駛過程中，當高速列車行至換道岔時，通常是由計算機系統(tǒng)來實現(xiàn)道岔位置切換的，如果計算機因電磁干擾而發(fā)出錯誤的控制信號，由此將會對列車上的乘客和列車的工作人員人身安全造成非常大的威脅，結果不堪設想。由此可見，怎樣避免弓網(wǎng)離線電弧電磁干擾所帶來的威脅是我們研究工作中的重中之重。

2.4 弓網(wǎng)離線電弧產(chǎn)生諧振過電壓

在牽引供電系統(tǒng)中，受電弓離線電弧出現(xiàn)時，還會有過電壓現(xiàn)象的發(fā)生，具體表現(xiàn)為電壓出現(xiàn)畸形，非常之高的過電壓會沿著受電弓開始慢慢向電力機車滲入，從而燒毀電力機車內(nèi)部的大部分通電設備和相關儀器，這對牽引供電系統(tǒng)乃至電力機車的運行造成了較大的影響，嚴重的時候還會危及工作人員的生命安全。此外，弓網(wǎng)離線過電壓中所形成的高頻諧波分量，會在很大程度上影響電保護設備以及高壓電氣設備和，從而大大降低儀表測量精準度，削弱電氣設備的性能，致使繼電保護裝置錯誤的工作。

3.預防弓引離線電弧的威脅

保證電力機車的高速、穩(wěn)定、安全的運行取決于受電弓與接觸網(wǎng)之間是否能夠保持良好的接觸受流，隨著我國高速鐵路運行速度和運輸量的不斷增大， 接觸網(wǎng)和受電弓的分離將會形成一定強度的電弧，這對電力機車的發(fā)展和運行產(chǎn)生較大的影響。 為此，相關人員總結了如下措施，旨在防范電弓離線電弧。

要想預防弓網(wǎng)離線電弧所產(chǎn)生的威脅，我們要防止受電弓離線電弧的產(chǎn)生，從源頭上處理弓網(wǎng)離線的現(xiàn)象，首先在接觸線安裝時要預留出安全度，其次，要采用質(zhì)量輕、材料好的高性能受電弓和接觸線，提高質(zhì)量，增強接觸線的張力，提高接觸線的波動傳播速度，改進接觸網(wǎng)的結構和工作流程，確保設備的質(zhì)量達到最優(yōu)。最后，還要加強弓網(wǎng)受流監(jiān)測系統(tǒng)的管理和控制，及時、準確的讓管理和控制人員發(fā)現(xiàn)及解決問題，讓威脅消滅在萌芽的時期。

在電力機車運行的過程中，弓網(wǎng)離線電弧所產(chǎn)生電磁干擾問題的威脅已經(jīng)越來越突出，因此，我們要配備旁路濾波器于較為常用的抗電磁干擾系統(tǒng)當中。對于受電弓，要選用質(zhì)量優(yōu)越、耐磨性能高的受流滑板材料，同時還要配合受電弓并聯(lián)方法，這樣可以有效削弱單個受電弓離線過程中對無線電系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾。 與此同時，在弓網(wǎng)受流系統(tǒng)中，可以適當?shù)募尤肟杀晃盏母哳l損耗材料，目的就在于削弱電力機車運行過程中產(chǎn)生的無線電干擾噪音。

4.電磁干擾、電磁干擾效應的概念

所謂電磁干擾，即發(fā)生在不同頻段的任何可能中斷、減弱或抑制通信設備信號傳輸，產(chǎn)生對有用信號造成干擾的電磁信號。 實際情況下，電磁干擾主要是通過電磁干擾源來發(fā)射一定頻率的電磁能，并且借助某種傳播方式進入設備當中，由此干擾設備運行，最后的結果及其作用便被稱作是電磁干擾效應。 按照傳播的途徑，電磁干擾的類型可以分為傳導干擾和輻射干擾，而按照干擾源的特點可以分為高頻干擾及低頻干擾。

5.弓網(wǎng)電磁干擾的途徑及其方式

5.1 弓網(wǎng)離線引發(fā)的高頻電磁輻射干擾

總的來說，弓網(wǎng)離線誘發(fā)的高頻電磁輻射干擾，主要是借助電磁波的形式弓網(wǎng)離線產(chǎn)生的高頻噪音在空間介質(zhì)中進行不間斷的傳輸，從而對正常的通信系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生影響。牽引電流的急劇變化還會導致弓網(wǎng)離線產(chǎn)生瞬時突變干擾，導致信號發(fā)生錯誤，嚴重的會直接導致電力機車事故的發(fā)生。

5.2 由牽引回流誘發(fā)的傳導干擾

在軌道系統(tǒng)中，高速鐵路信號均會受到來自于扼流變壓器設備的影響，在借助于扼流變壓器在軌道中流向時，信號設備如果處于正常工作狀態(tài)，將會在兩個扼流變壓器的線圈中形成一個方向相反、大小相等的磁通量， 從而造成牽引電流對相關信號設備產(chǎn)生較大的影響。而在實際情況下，因設備工藝不同、材料差異，而且有時會有弓網(wǎng)離線電弧的發(fā)生，這些均會造成軌道中牽引電流的不穩(wěn)定，最終會燒毀軌道中的電氣設備，誘發(fā)安全事故。

5.3 弓網(wǎng)離線對信號電源系統(tǒng)造成的干擾

弓網(wǎng)離線會誘發(fā)電網(wǎng)中的電壓發(fā)生瞬時突變，從而造成脈沖干擾或電壓波動現(xiàn)象，此外弓網(wǎng)離線對信號電源系統(tǒng)的干擾，最終會造成計算機的控制故障，嚴重影響到電力機車的正常運行，威脅乘客和列車工作人員的生命及財產(chǎn)的安全。

6.防護措施

在高速鐵路運行的過程中， 因機車運行速度等因素的影響，將會導致區(qū)間越行站弓網(wǎng)發(fā)生離線的幾率明顯高于始發(fā)站及到達站，所以要采取措施來預防和解決離線電弧電磁干擾現(xiàn)象，主要方法是在區(qū)間站的通信機房和中間站的通信機房間設定相應的電磁干擾預防設備。

首先，相關人員需要加強對電力機車設備結構的研究，借助金屬插箱與機柜結合的方法來構建多層電磁屏蔽結構，同時關鍵性的電路板芯片也應當采取電磁防護措施。 只有這樣，才可以更好的解決弓網(wǎng)離線電弧誘發(fā)的電磁干擾。

其次，在大面積的通風口和散熱孔上要覆蓋金屬網(wǎng)，使得金屬網(wǎng)與機箱緊密聯(lián)系在一起。而在機柜和機箱的裝配接縫中應加入導電襯墊，同時機箱和機柜的外殼與保護需要進行可靠的銜接。此外，機箱材質(zhì)的選擇最好使用鋁材，以此將機箱的屏蔽性能增強，減少電磁干擾所產(chǎn)生的巨大影響，增強電力機車的安全性能。

而在有著較為嚴重的弓網(wǎng)離線電弧電磁干擾區(qū)段，除采取上述防御手段之外，同時還需要運用專業(yè)的電磁屏蔽機柜于在重要設備機柜上，亦或是使用金屬屏蔽網(wǎng)來覆蓋整個通信機械室的墻面，增強屏蔽的效果。

最后，在日常的維修和護理設備時，我們要定期地對導電襯墊、機柜門和柜體間的銜接進行系統(tǒng)的檢查，從根源上來保證機柜、機電設備之間的可靠連接，從而達到屏蔽電磁干擾的效果，促進電力機車的正常、平穩(wěn)、安全的運行。

7.結束語

總而言之，我國高速鐵路的建成、營運，以及動車組的使用，所誘發(fā)的離線電弧情況將會越發(fā)頻繁，而且其中產(chǎn)生的電磁干擾現(xiàn)象也會逐漸變得嚴重起來，對此，相關人員務必要積極采取措施，預防和控制弓網(wǎng)離線電弧電磁干擾問題，降低乃至避免電力機車由于弓網(wǎng)離線電弧電磁干擾而產(chǎn)生的嚴重后果，增強我國電力機車的安全性、穩(wěn)定性，從而最大限度的保護人民的生命財產(chǎn)安全。

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