鐵路通信電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的電磁兼容性

陳建杰

摘 要：隨著電磁兼容學(xué)科技術(shù)水平的發(fā)展和提高，鐵路通信電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中電磁兼容工作勢將朝著系統(tǒng)間電磁兼容性的預(yù)測、預(yù)估與仿真驗(yàn)證的方向發(fā)展。實(shí)施鐵路電磁兼容管理工作是鐵路技術(shù)管理發(fā)展成熟的標(biāo)志之一，因此需要重點(diǎn)加強(qiáng)研究?；诖吮疚姆治隽髓F路通信電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的電磁兼容性。

關(guān)鍵詞：鐵路通信；電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)；電磁兼容性

中圖分類號：U285 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1、鐵路通信電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的電磁兼容管理的必要性

首先，鐵路通信信號技術(shù)使設(shè)備的數(shù)字化、信息化、智能化程度大大提高，設(shè)備硬件微電子化、集成化程度高，電磁敏感性增大，對電磁兼容技術(shù)水平的要求提高。要想從整體上全面解決電磁兼容問題，就必須從系統(tǒng)的層面，從鐵路建設(shè)的全周期來進(jìn)行鐵路電磁兼容工作的管理及預(yù)測、防范工作。

第二，鐵路各專業(yè)間系統(tǒng)集成化程度高，集成化已經(jīng)成為鐵路技術(shù)的一個(gè)重要特征，因此，對系統(tǒng)間的電磁兼容問題需要通過各專業(yè)間的協(xié)調(diào)和配合才能解決，這需要通過管理的方式進(jìn)行。第三，鐵路建設(shè)成本高，運(yùn)營維護(hù)同樣需要投入大量人力物力，對所有技術(shù)問題的應(yīng)對和評估若采取事后增加措施，必將提高運(yùn)營維護(hù)成本，影響運(yùn)營效率，不如事前采取管理控制手段。因此，在鐵路安全保障體系中加入電磁兼容管理的理念，實(shí)施電磁兼容管理是鐵路電磁兼容工作有效可靠實(shí)施的方式之一。在鐵路建設(shè)到運(yùn)營的全周期內(nèi)實(shí)施電磁兼容管理，讓電磁兼容問題從設(shè)計(jì)階段就得到充分的考慮和預(yù)測，在施工、設(shè)備生產(chǎn)、安裝、集成調(diào)測、運(yùn)營每個(gè)階段依據(jù)管理程序?qū)﹄姶偶嫒輪栴}進(jìn)行相應(yīng)的測試、評估，確保電磁兼容問題解決在事前。

2、鐵路通信電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的電磁兼容性干擾

2.1 通信線路電涌保護(hù)器安裝

通信線路電涌保護(hù)器的選型和安裝是防雷項(xiàng)目中最復(fù)雜、最容易出問題的環(huán)節(jié)，不同于直擊雷防護(hù)，即使沒有雷電波侵入，仍可能由于設(shè)計(jì)失誤或產(chǎn)品選擇不當(dāng)，導(dǎo)致保護(hù)無效、數(shù)據(jù)包丟失甚至通信中斷。因此，根據(jù)通信線路（DDN、工 SD N 等）、通信接口（R S232 等）、供電方式（交、直流）、工作頻率、帶寬等要求，選擇在系統(tǒng)數(shù)字、模擬等各種接口處插入損耗小、響應(yīng)速度快、頻帶寬、通流量大的電涌保護(hù)器。

2.2 電磁干擾抑制技術(shù)

1）濾波。該技術(shù)在運(yùn)用過程中使用濾波器件分離干擾信號或噪聲，能夠從中獲得有用信號。其中，濾波器件主要包括電容，電感、磁珠、電阻、共模電感等，為了提高工作質(zhì)量與效率，可選擇幾種組合使用，電容、電阻與電感便是生活中最常見的濾波器組合，應(yīng)用效果良好。這幾種濾波器件有各自的特點(diǎn)與適用范圍，工作人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，以免降低電磁干擾抑制效果。2）屏蔽。利用導(dǎo)磁或?qū)щ娦粤己玫牟牧现瞥善帘误w，可將設(shè)備的內(nèi)、外部進(jìn)行分離，具有雙向屏蔽性，能夠控制電磁干擾的范圍。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的材料用于屏蔽器制作，但屏蔽效果也有較大差別，綜合考慮方方面面的因素，銅、鋁是效果最好的屏蔽材料。

2.3 隔離設(shè)計(jì)

想要降低電磁干擾，可以設(shè)置相應(yīng)的物理隔離措施，如加大受干擾電路或者期間與干擾源之間的距離，干擾程度與距離平方呈反比，距離每增加一倍，干擾會(huì)降低四倍左右，因此，設(shè)計(jì)人員需要綜合考慮器件或者設(shè)備的布局和布線，增加干擾源與受擾電路之間的距離，以此來降低系統(tǒng)故障率。在安裝布線環(huán)節(jié)，需要依照干擾靈敏度或者本身功率來進(jìn)行分別處理，布置的順序應(yīng)該依照低電平模擬信號、一般數(shù)字信號、交流控制裝置、直流動(dòng)力裝置等。依照上述順序，將其相互隔離，保持一定距離，不過，部分設(shè)備在布線環(huán)節(jié)會(huì)受到各種因素的影響，無法滿足物理隔離的要求，需要考慮其他措施。

3、鐵路通信電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的電磁兼容性優(yōu)化

3.1 軌道電路防止電磁干擾的措施

3.1.1選擇合適的信號電流頻率。電流為 50HZ 基波和諧波，選定的信號電流頻率要既不同于電力牽引電流的基波，也不同于奇次和偶次諧波，以確保軌道電路可靠地正常動(dòng)作。目前在提速線路上普遍采用 25HZ 相敏軌道電路，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

3.1.1 增加適配器，并采用與最大牽引電流相匹配的高容量扼流變壓器來改善牽引電流對軌道電路的干擾狀況。

3.1.2 軌道電路受電端繼電器線圈并接防護(hù)盒，濾掉不平衡電流的 50HZ 基波及諧波成分，并保證信號電流衰耗很小。

3.2 機(jī)車信號防干擾措施

對機(jī)車信號的防護(hù)措施包括防護(hù)干擾和防損壞兩方面。

3.2.1 制式選擇：對于提速區(qū)段，作為行車憑證的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)基礎(chǔ)的機(jī)車信號應(yīng)為主體信號，是由車載信號和地面信號設(shè)備共同構(gòu)成的系統(tǒng)，必須符合故障導(dǎo)向安全的原則。

3.2.2 設(shè)備布線及安裝方面的防護(hù)措施：機(jī)車信號屬于弱信號，應(yīng)采用屏蔽線，且屏蔽線段的屏蔽網(wǎng)只允許一端接地或接機(jī)殼，不允許兩端接地。

3.2.3 主機(jī)應(yīng)放在電力機(jī)車的電氣間內(nèi)，盡量減少高溫、高濕和電磁對設(shè)備的影響。

3.2.4 列車速度不斷提高，形成氣流可能會(huì)擊壞強(qiáng)度較差的接收線圈或信息傳感器及其引線，應(yīng)進(jìn)行防護(hù)。

3.3 系統(tǒng)抗擾度優(yōu)化

3.3.1 抗擾度測試

1）抗靜電釋放測試。該測試主要的作用是用于檢測車載電子電氣設(shè)備、相關(guān)的系統(tǒng)以及外設(shè)對靜電力的免疫能力。測試的環(huán)境溫度要控制在 15 ～ 35℃，濕度控制在 30%～ 60%范圍內(nèi)。

2）脈沖抗干擾測試。該測試主要是用來驗(yàn)證電氣和電子設(shè)備在瞬態(tài)切換過程中各種類型瞬態(tài)變騷擾所具有的抗干擾的能力?？梢栽趩尾考略趯?shí)驗(yàn)室中完成該項(xiàng)測試，也能夠按照用戶需求完成整車測試。

3.3.2 抗干擾度優(yōu)化

通過電磁兼容性問題的分析，系統(tǒng)受外界干擾的主要途徑是電源及信號、接口電路。為提高系統(tǒng)的抗干擾能力，系統(tǒng)必須加設(shè)電源及信號防雷抗干擾裝置。防雷抗干擾裝置是否有效，一是防雷抗干擾電路設(shè)計(jì)是否合理、先進(jìn)（如，加信號隔離及保護(hù)等），再就是接地問題，系統(tǒng)設(shè)備接地效果好壞，直接影響到防雷裝置的防雷抗干擾性能。對于防雷器的人線與出線必須分開，這一點(diǎn)容易被忽視，人線與出線在一起通過線容藕合，防雷器不起作用，外線雷擊或干擾直接進(jìn)人系統(tǒng)設(shè)備，造成設(shè)備損壞。

3.4 電磁兼容檢測

電磁兼容性在通信設(shè)備運(yùn)行中占據(jù)著舉足輕重的重要地位，它的性能優(yōu)劣將直接影響到通信系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在電磁兼容檢測中，需要注意以下問題：（1）電磁兼容現(xiàn)場試驗(yàn)的結(jié)果由于其在試驗(yàn)過程中可能的影響因素比較多，在重復(fù)性試驗(yàn)中，試驗(yàn)結(jié)果的再現(xiàn)比較困難；（2）隨著電磁兼容技術(shù)的發(fā)展，新的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)對電磁兼容試驗(yàn)的頻率范圍進(jìn)行了擴(kuò)展，并要求在實(shí)際測試的試驗(yàn)級別之下的級別也要符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求；（3）通信設(shè)備種類繁多，相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)可在本文基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正。如試驗(yàn)級別和判定方法等；（4）對于特殊的通信設(shè)備，應(yīng)當(dāng)增加專門的電磁兼容試驗(yàn)項(xiàng)目，如增加對外輻射的限值，工頻磁場以及工頻諧波和諧間波等項(xiàng)目。

總之，鐵路新技術(shù)的升級換代及廣泛使用，使鐵路處于一個(gè)更加復(fù)雜惡劣的電磁環(huán)境中，可能導(dǎo)致路內(nèi)敏感設(shè)備受到干擾；同時(shí)，內(nèi)部的傳導(dǎo)和輻射騷擾電平的升高和設(shè)備敏感度的提高也使電磁兼容問題發(fā)生的概率和復(fù)雜程度大大提高，進(jìn)一步加強(qiáng)對其的研究非常有必要。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳蘭.淺談電磁兼容及在 ZPW-2000A 中的應(yīng)用 [J].鐵路通信信號工程技術(shù)，2009，6（03）：50-52

（作者身份證號132329198112081412）