弓網(wǎng)電弧對(duì)機(jī)場終端全向信標(biāo)臺(tái)電磁產(chǎn)生的騷擾

宋 駿

（民航新疆空中交通管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引 言

我國軌道交通事業(yè)不斷發(fā)展，大部分城市都提出了零換乘需求，即通過航站樓直接換乘電氣化軌道交通，如深圳寶安機(jī)場和武漢天河機(jī)場等。因此，地面中就會(huì)出現(xiàn)電氣化軌道和機(jī)場跑道近距離平行的情況。但是，電氣化列車運(yùn)行不平順或者接觸線中具有硬點(diǎn)時(shí)，接觸網(wǎng)及受電弧就會(huì)具有離線電弧。此離線電弧能實(shí)現(xiàn)對(duì)外電磁輻射。尤其是車通過電分相時(shí)，因?yàn)殡妷籂顟B(tài)發(fā)生變化使此電磁輻射較為嚴(yán)重，會(huì)干擾機(jī)場導(dǎo)航。因此，分析弓網(wǎng)電弧對(duì)機(jī)場終端全向信標(biāo)臺(tái)產(chǎn)生的電磁騷擾具有重要意義。

1 弓網(wǎng)電弧和典型位置

通過相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，弓網(wǎng)電弧頻率主要集中在30～400 MHz，幅值一般為50～70 dBμV，最大幅值為86 dBμV。雖然機(jī)場終端全向信標(biāo)臺(tái)只是在固定頻點(diǎn)中工作，但是弓網(wǎng)電弧是隨機(jī)性的脈沖騷擾，部分頻率會(huì)在其工作頻點(diǎn)中，導(dǎo)致出現(xiàn)同頻干擾。產(chǎn)生弓網(wǎng)電弧和外界環(huán)境、接觸網(wǎng)懸掛方式及列車運(yùn)行狀態(tài)等因素相關(guān)，原因較復(fù)雜。一般機(jī)場終端容易出現(xiàn)弓網(wǎng)電弧的位置包括普通點(diǎn)、錨段關(guān)節(jié)及電分相。

第一，電分相。我國機(jī)場是用單相供電，對(duì)平衡電力系統(tǒng)提供各相負(fù)荷，牽引供電的方式都是實(shí)施相序輪換供電，以在接觸網(wǎng)各供電臂分解地方實(shí)現(xiàn)絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)置，即電分相。

第二，錨段關(guān)節(jié)。接觸網(wǎng)通過大量機(jī)械獨(dú)立錨段構(gòu)成，兩個(gè)相鄰錨段相互銜接的部分就是錨段關(guān)節(jié)，能使電弓從錨段接觸網(wǎng)到相連錨段接觸網(wǎng)中平穩(wěn)滑行。過渡區(qū)中，兩側(cè)錨段通過工作支轉(zhuǎn)變成為非公工作支，或者非工作支轉(zhuǎn)變成為工作支，也就是受電弓和接觸網(wǎng)從良好接觸轉(zhuǎn)變成為脫離接觸。如果供給受電弓和接觸線的間隙電壓和間隙電流比生弧電壓和生弧電流大，將產(chǎn)生電弧。

第三，普通點(diǎn)。普通點(diǎn)指的是接觸網(wǎng)連續(xù)段，也就是沒有電氣隔離部分和機(jī)械部分。弓網(wǎng)滑動(dòng)接觸過程中，因?yàn)楸砻娲嬖谟颤c(diǎn)或者表面不平順，導(dǎo)致受電弓無法和接觸網(wǎng)良好接觸，進(jìn)而出現(xiàn)電火花和燃弧的情況[1]。

2 設(shè)置測(cè)試

2.1 選擇測(cè)試點(diǎn)

本文選擇新疆到西藏的某鐵路作為測(cè)試對(duì)象，其接觸網(wǎng)額定電壓為27.5 kV，通過直供結(jié)合回流實(shí)現(xiàn)供電。以電氣化鐵路供電線路結(jié)構(gòu)為例，兩個(gè)供電臂之間實(shí)現(xiàn)電分相的設(shè)置，列車通過電分相時(shí)要通過從有電到?jīng)]電再到有電的過程。所以，本文使用電分相和普通點(diǎn)兩個(gè)測(cè)試地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)弓網(wǎng)電弧測(cè)試，掌握弓網(wǎng)電弧輻射特性。

相關(guān)規(guī)定中，將天線與鋼軌垂直的距離作為測(cè)試距離，能滿足整車對(duì)外輻射需求，但無法滿足軌道電氣化對(duì)導(dǎo)航的需求，包括電分相過程中，拉弧點(diǎn)不對(duì)鋼軌上方和天線接觸線垂直。需對(duì)離線電弧負(fù)荷進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)試，測(cè)試距離就是實(shí)際拉弧點(diǎn)和天線的接收距離。

2.2 設(shè)置測(cè)試參數(shù)

實(shí)際測(cè)試過程中，分頻率帶寬設(shè)置為120 kHz。由于下滑信標(biāo)天線極化的方式值為水平極化，所以本文只需要對(duì)周期天線進(jìn)行測(cè)量，從而得到水平極化方向中最強(qiáng)的電弧輻射，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)周期的水平極化，假設(shè)高度設(shè)置為1.5 m。利用峰值檢波，但是大部分的天線點(diǎn)設(shè)備檢波指的是平均值和準(zhǔn)峰值，為方便全面分析電磁輻射特性，本文使用了三種檢波方式，如表1所示。

表1 測(cè)試儀器型號(hào)和技術(shù)指標(biāo)

由表1可知，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)RG214同軸電纜進(jìn)行衰減損耗的測(cè)試，從而得到0.81 dB的損耗。接收機(jī)、天線及線纜都是N型連接器接頭，因?yàn)樘幱? GHz附近，接頭損耗設(shè)置為0.1 dB，那么在332 MHz頻率點(diǎn)中能夠?qū)⒔宇^損耗進(jìn)行忽略[2]。

3 測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果

3.1 測(cè)試數(shù)據(jù)

通過頻譜儀對(duì)測(cè)試以前的dvor工作單中背景及來車時(shí)候弓網(wǎng)電弧進(jìn)行測(cè)試，弓網(wǎng)電弧在110 MHz時(shí)具有最強(qiáng)的電磁輻射。因?yàn)殡娀±〕掷m(xù)的時(shí)間較短，即便是具有最長拉弧時(shí)間的電分相處，弓網(wǎng)電弧放電持續(xù)的時(shí)間也僅為300 ms左右，那么在具體頻點(diǎn)中測(cè)試的分配時(shí)間更短。

計(jì)算距離弓網(wǎng)電弧10 m地方的電場強(qiáng)度E0，可表示為：

由式（1）可知，dvor工作頻段的108～111.95 MHz電磁噪聲差量為0.2 dB以下，那么弓網(wǎng)電弧在這個(gè)工作頻段中的電磁輻射頻率特點(diǎn)并無差別。但是因?yàn)殡姶咆?fù)荷干擾具有隨機(jī)性，在對(duì)接收機(jī)選擇并實(shí)現(xiàn)電頻測(cè)試的過程中，為保證測(cè)試數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，將110 MHz作為典型測(cè)試頻率。

3.2 測(cè)試結(jié)果

第一，dvor工作頻段中，不管哪個(gè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)背景測(cè)試曲線的對(duì)比，都是頻譜測(cè)試曲線在來車時(shí)候弓網(wǎng)電弧電磁輻射較明顯。

第二，因?yàn)檫^電分相是有電——無電——有電的循環(huán)換相流程，對(duì)比錨段關(guān)節(jié)和普通點(diǎn)，弓網(wǎng)電壓的狀態(tài)具有變化，電分相弓網(wǎng)離線電弧電磁輻射大于普通點(diǎn)和錨段關(guān)節(jié)，峰值檢波方式中的電分相電場強(qiáng)度和錨段關(guān)節(jié)的電分相電場強(qiáng)度最大相差20.1 dB，和普通點(diǎn)的電分相電場強(qiáng)度最大相差26.8 dB。準(zhǔn)峰值檢波方式中的電分相電場強(qiáng)度和錨段關(guān)節(jié)的電分相電場強(qiáng)度相差26.1 dB，和普通點(diǎn)的電分相電場強(qiáng)度最大相差33.8 dB。平均值檢波方式中的電分相電場強(qiáng)度和錨段關(guān)節(jié)的電分相電場強(qiáng)度最大相差18.1 dB，和普通點(diǎn)的電分相電場強(qiáng)度最大相差24.8 dB。因此，不管是平均值、準(zhǔn)峰值或者峰值檢波，電分相處弓網(wǎng)離線電弧電磁輻射大于普通點(diǎn)與錨段關(guān)節(jié)的弓網(wǎng)離線電弧電磁輻射，且都比20 dB大。

第三，每隔50 ms，接收機(jī)就會(huì)刷新測(cè)試數(shù)據(jù)，每次來車時(shí)候的測(cè)試時(shí)間為10 s，那么接收機(jī)在一次來車的時(shí)候能夠測(cè)試200個(gè)數(shù)據(jù)。因?yàn)殡娀‰S機(jī)放電的特點(diǎn)，此次拉弧及下次拉弧在此頻點(diǎn)的能量各不相同。

圖1為鐵路線路和機(jī)場跑道的布局圖。因?yàn)殍F路線路和飛機(jī)跑道垂直，那么圖1中交叉點(diǎn)處置向上沿線及飛機(jī)下滑道的角點(diǎn)就是弓網(wǎng)電弧電磁的最大輻射位置。實(shí)際測(cè)量可知，飛機(jī)著陸點(diǎn)距離交叉點(diǎn)有1 020 m，dvor和機(jī)場跑道、鐵路線路三者的交叉點(diǎn)為4 000 m，飛機(jī)下滑的角度設(shè)置為3°，弓網(wǎng)電弧雖然和dvor信標(biāo)臺(tái)和地面存在一定高度，但是兩者距離較遠(yuǎn)，所以可以忽略。由此可得到拉弧點(diǎn)到交叉點(diǎn)的距離關(guān)系，如圖2所示[3]。

圖1 鐵路線路和機(jī)場跑道的布局

圖2 拉弧點(diǎn)到交叉點(diǎn)的距離關(guān)系

4 結(jié) 論

通過本文研究，可得出如下結(jié)論。

（1）錨段關(guān)節(jié)及普通點(diǎn)的弓網(wǎng)電弧并不會(huì)影響到dvor，也不會(huì)出現(xiàn)電磁干擾。當(dāng)電分相位拉弧點(diǎn)和交叉點(diǎn)相距236 m時(shí)，電分相弓網(wǎng)電弧干擾滿足GB 6364-2013防護(hù)率需求。

（2）電分相處弓網(wǎng)離線電弧電磁輻射電場強(qiáng)度比普通點(diǎn)及錨段關(guān)節(jié)的弓網(wǎng)離線電弧電磁輻射電場強(qiáng)度大20 dB。