城市軌道交通通信系統(tǒng)中電源電磁干擾的抑制措施探討

文/李偉 天津坦渭科技有限公司 天津 300000

1、城軌通信系統(tǒng)電源電磁干擾的成因

通常，在接通電源瞬間，經(jīng)電源線傳輸會(huì)形成電快速瞬變脈沖群及浪涌電壓而對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)生干擾，主要分為以下幾種情況：第一，功率因數(shù)補(bǔ)償電容切換、感性負(fù)載或容性負(fù)載開關(guān)、電動(dòng)機(jī)空載狀態(tài)突然斷開等都會(huì)引發(fā)瞬變電壓與瞬變電流。第二，在調(diào)制無隔離變壓器的UPS、逆變電源或變頻器時(shí)形成的電磁干擾。第三，架空線路或UPS外接電源的空間電纜感應(yīng)致使形成電磁干擾。第四，電源零線與地線之間出現(xiàn)較高的電位差，零線對(duì)地線電位過高而形成電磁干擾。第五，高頻電源開關(guān)電流轉(zhuǎn)換時(shí)的諧波干擾，開關(guān)器件的高頻開關(guān)動(dòng)作致使過高的電流變化率、電壓變化率形成嚴(yán)重的電磁干擾。第六，因雷擊造成電源電壓瞬間跌落或高能雷擊浪涌，經(jīng)數(shù)據(jù)線以阻性耦合方式對(duì)通信設(shè)備造成破壞。

2、城軌通信系統(tǒng)電源電磁干擾的抑制措施

2.1 抑制零線電磁干擾

由于零線電位會(huì)在一定程度上影響通信系統(tǒng)，而地線通過回路使零線電位持平，而城軌通信系統(tǒng)又不存在理想狀態(tài)的地線，一旦有電流通過地線由于電阻存在必定會(huì)出現(xiàn)電壓降。因此，根據(jù)地線形成干擾的機(jī)理可采取如下措施：首先，最大程度降低系統(tǒng)接地阻抗及電源系統(tǒng)主饋電阻抗；其次，阻隔地環(huán)路，避免交變磁場與地環(huán)路交連形成感應(yīng)電勢而造成電磁干擾；另外，選擇正確合理的多點(diǎn)接地，對(duì)于高頻電子設(shè)備常通過多點(diǎn)接地即就近接地。

2.2 抑制開關(guān)電源干擾

造成電磁干擾的三要素為干擾源、傳播途徑及受擾設(shè)備，因此，抑制開關(guān)電源干擾最有效的方式也要基于這三方面內(nèi)容。一是，抑制電磁干擾源，根據(jù)噪聲干擾源種類削弱抑制噪聲干擾源；二是，切斷干擾源與受干擾設(shè)備間的耦合通道；三是，有效提高設(shè)備的抗干擾能力，降低設(shè)備對(duì)噪聲的敏感度。當(dāng)前，抑制干擾的措施基本都是通過屏蔽、接地及濾波，從而切斷耦合途徑以有效抑制開關(guān)電源干擾。

第一，通過屏蔽抑制輻射噪聲干擾源。屏蔽能夠限制變壓器內(nèi)部輻射的磁場泄漏，并能避免外部輻射對(duì)內(nèi)部造成干擾。通常，可利用閉合磁環(huán)依照屏蔽磁場的方式形成磁屏蔽，使用有屏蔽層的導(dǎo)線作為開關(guān)電源的電源線及連接線，防止外部干擾耦合影響內(nèi)部電路。同時(shí)，對(duì)于整個(gè)開關(guān)電源外殼以及接縫位置也應(yīng)注意做好屏蔽。第二，通過接地建立傳導(dǎo)通路，使電源其中有些部分通過連接大地防止電源干擾的影響。另外，為降低接地阻抗，合理選擇多點(diǎn)接地或平面接地，對(duì)于接地部分選擇就近接地。此外，為最大限度降低接地回路壓降，可利用旁路電容降低返回電流的幅值。第三，通過電源線濾波器濾除干擾。通過使用EMI濾波器濾除電源線傳導(dǎo)干擾，防止電網(wǎng)干擾對(duì)通信電源的干擾，并能有效抑制電源干擾信號(hào)反串電網(wǎng)。選擇適宜專用的濾波器能夠有效抑制開關(guān)電源線的差模干擾與共模干擾，同時(shí)在濾波電路中通常還采用穿心電容器、三端電容器等專用濾波元件以有效改善電路的濾波特性。此外，還可通過軟開關(guān)技術(shù)有效降低開關(guān)損耗及開關(guān)噪聲，使開關(guān)開通及關(guān)斷時(shí)不會(huì)產(chǎn)生損耗及噪聲。

2.3 合理選配UPS供電系統(tǒng)

城軌通信系統(tǒng)中，根據(jù)UPS類型的不同能夠?qū)崿F(xiàn)不同級(jí)別的抗干擾保護(hù)，較為常見的抑制電源電磁的UPS供電系統(tǒng)主要分為以下在線式UPS、后備式UPS、在線互動(dòng)式UPS以及Delta變換式UPS。其中，在線式UPS將輸入的交流市電通過整流器變?yōu)榉€(wěn)壓的直流電源，然后再將直流電通過逆變器逆變?yōu)榻涣麟?，并輸出穩(wěn)定、純凈、標(biāo)準(zhǔn)的正弦波電源，避免尖峰、浪涌等所有電源問題。另外，后備式UPS與在線互動(dòng)式UPS類似，在輸入電源正常時(shí)，通過UPS進(jìn)行處理后向負(fù)載輸出穩(wěn)壓精度為10%～15%的電源，而Delta變換式UPS是利用Delta變換器通過主供電通道的補(bǔ)償變壓器將不穩(wěn)定的輸入電源按照0.15%標(biāo)稱輸出電壓進(jìn)行電壓調(diào)控，并輸出高達(dá)1%精度的穩(wěn)壓電源。后面三種UPS只有當(dāng)輸入電源非正常工作時(shí)，才啟動(dòng)逆變器電源，逆變輸出穩(wěn)定的電源電壓。顯而易見，后三種UPS主要解決輸入電源的波動(dòng)問題，對(duì)于因頻率、諧波而引發(fā)的干擾則無法作用。因此，工作人員必須合理選配UPS供電系統(tǒng)，才能有效抑制電源電磁干擾對(duì)城軌通信系統(tǒng)造成的傷害。

2.4 合理選擇全線路接地方式

為避免工頻電流以及線路上散雜電流的電位差干擾通信系統(tǒng)，通常需要將信號(hào)地線與安全地線以及電源進(jìn)行隔離，于電源線接地位置采取單點(diǎn)連接。城軌沿線主變壓器進(jìn)行單點(diǎn)接地，從而確保接地阻抗?jié)M足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)，在單點(diǎn)接地時(shí)，可將接地點(diǎn)引出至屏蔽籠外，提高單點(diǎn)接地的效率，避免由于電荷泄露而造成的電磁干擾。

2.5 抑制電源雷擊干擾

首先，等電位連接。為減小防雷空間內(nèi)各金屬部件及各系統(tǒng)間的電位差，應(yīng)將通信電源機(jī)房內(nèi)的金屬設(shè)備外殼及線路等進(jìn)行等電位連接，并以最短線路與最近等電位連接帶進(jìn)行連接，或連接到最近已經(jīng)做好等電位連接的金屬物，并且應(yīng)盡量將各導(dǎo)電物體間多次連接。其次，室外電源線應(yīng)做好金屬屏蔽及重復(fù)接地。為避免室外架空電源線因雷擊而直接進(jìn)入機(jī)房損壞通信設(shè)備，應(yīng)盡量將電纜以埋地方式接入，并用金屬導(dǎo)管做好電纜的屏蔽工作，對(duì)于屏蔽金屬管應(yīng)先做好重復(fù)接地后再進(jìn)入室內(nèi)，從而有效減少或避免因?qū)Ь€引入而造成的雷電高壓破壞。此外，城軌通信系統(tǒng)可通過加設(shè)防雷裝置，以有效抑制因線路瞬態(tài)過電流及過電壓而造成的干擾。

結(jié)語：

城市軌道全線通信設(shè)備都需要來自通信電源系統(tǒng)的供電，因電源系統(tǒng)而造成的電磁干擾會(huì)導(dǎo)致通信設(shè)備數(shù)據(jù)丟失、加大傳輸誤碼率，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致通信系統(tǒng)中斷。因此，必須采取行之有效的抗干擾措施，最大程度的降低電源電磁干擾對(duì)通信系統(tǒng)造成的影響。