電磁干擾對鐵路信號的影響分析

徐輝XU Hui

（中鐵一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，西安710025）

0 引言

我國近年來鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)建設(shè)速度持續(xù)上升，為了保證鐵路信號的穩(wěn)定性，開始積極引進(jìn)各類以電子技術(shù)和信息技術(shù)為基礎(chǔ)的鐵路信號設(shè)備，雖然改變了鐵路信號運(yùn)輸過程中存在的原有問題，提升了信號傳輸質(zhì)量，然而卻會產(chǎn)生一定的電磁干擾，容易影響信號傳輸穩(wěn)定性。鐵路系統(tǒng)需要通過網(wǎng)絡(luò)信號完成相應(yīng)的指令，然而由于在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)各種電磁干擾，會給鐵路列車的正常運(yùn)行造成影響，因此應(yīng)當(dāng)采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧┖头雷o(hù)措施，才能夠減輕電磁干擾造成的影響，屏蔽外界電磁所造成的干擾問題，確保鐵路運(yùn)行的安全性。

1 鐵路信號在鐵路運(yùn)行中的重要性

在鐵路領(lǐng)域會將鐵路信號系統(tǒng)或者鐵路信號設(shè)備稱之為鐵路信號，可以提升鐵路系統(tǒng)行車作業(yè)安全和調(diào)車作業(yè)安全，可以發(fā)射出有關(guān)于行車和調(diào)車的命令或者信號，對于提升鐵路系統(tǒng)運(yùn)行有序性有著重要的意義和作用，如圖1 所示即為不同鐵路信號所表示的含義。隨著信息技術(shù)和智能化技術(shù)的快速發(fā)展，在鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中開始引進(jìn)各種新型技術(shù)，例如微電子技術(shù)、自動化技術(shù)等，可以提升鐵路信號設(shè)備的工作水平，加強(qiáng)信號傳輸質(zhì)量，促進(jìn)鐵路運(yùn)輸安全性的提升。但是，個別應(yīng)用了微電子器件的鐵路信號設(shè)備或者應(yīng)用了集成電路的設(shè)備抵抗干擾的能力較弱，當(dāng)電磁脈沖輻射情況逐漸嚴(yán)重之后，會使得設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)問題。電磁干擾會被鐵路信號的正常傳輸和運(yùn)行造成不良影響，進(jìn)而給鐵路運(yùn)行的安全性造成不良影響，威脅到人們的生命安全和財產(chǎn)安全，因此對于電磁干擾進(jìn)行處理是極其必要的。

圖1 不同鐵路信號所代表的含義

2 電磁干擾對鐵路信號產(chǎn)生的影響

2.1 雷電信號干擾對鐵路信號產(chǎn)生的影響

雷電信號具有較高的能量，一旦對設(shè)備、物品造成影響，則會產(chǎn)生較強(qiáng)的破壞性，因此雷電信號在鐵路信號運(yùn)輸中也會造成較為嚴(yán)重的干擾問題。一般來說，有三種形式的閃電，第一種是直接閃電，第二種是感應(yīng)閃電，第三種是球形閃電。第一種和第二種雷擊形式較為常見，會出現(xiàn)雷電電磁干擾，第三種球形雷出現(xiàn)的時間較短，并不會造成過于嚴(yán)重的損傷，因此在探討雷電信號干擾對鐵路信號產(chǎn)生的影響主要針對前兩種雷擊形式進(jìn)行分析[1]。首先，直擊雷會直接作用在被保護(hù)物之上，造成較為嚴(yán)重的破壞，如果直擊雷作用在鐵路信號設(shè)備中則會給設(shè)備的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響，設(shè)備甚至?xí)苯悠茐摹．?dāng)雷暴和鐵路信號設(shè)備進(jìn)行接觸之后，會在瞬間產(chǎn)生超強(qiáng)電壓，瞬時電流甚至可以超過200kA。避雷針是保護(hù)鐵路信號設(shè)備的主要方式，但是只能夠?qū)⒅睋衾椎挠绊憸p輕，削弱其所帶來的損害，無法真正的消除雷電信號所導(dǎo)致的電磁干擾的問題。其次，感應(yīng)雷并不會直接給鐵路信號設(shè)備造成影響，會在雷擊的過程后只能出現(xiàn)極強(qiáng)的感應(yīng)類電磁場，這一電磁場會給鐵路信號系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響和作用，并且會在鐵路信號系統(tǒng)中出現(xiàn)強(qiáng)度極高的脈沖信號，影響到鐵路信號設(shè)備之間的精密元器件，導(dǎo)致設(shè)備的正常運(yùn)行出現(xiàn)問題。近年來隨著鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)建設(shè)水平持續(xù)提升，作為有關(guān)鐵路部門的人員應(yīng)當(dāng)對鐵路信號系統(tǒng)進(jìn)行不斷的完善，以此來提高鐵路信號傳輸質(zhì)量。

2.2 牽引供電對鐵路信號產(chǎn)生的影響

牽引供電會對鐵路信號產(chǎn)生較大的影響，具體干擾情況可以分為牽引傳導(dǎo)性干擾、牽引電磁干擾以及接地電位上升三種。

第一，牽引傳導(dǎo)性干擾是因?yàn)闋恳娏魈幱诓黄胶鉅顟B(tài)所導(dǎo)致的，會給鐵路軌道的電氣回路正常運(yùn)行造成影響。在鐵路系統(tǒng)的內(nèi)部，對軌道電路實(shí)施有效檢測能夠合理掌握不同列車的具體占用情況，使得軌道電路、列車牽引回流兩者之間出現(xiàn)了一樣的載體。信號設(shè)備在和同一鐵軌相連接的時候需要通過扼流變壓器作為媒介，這一媒介會和兩個不同的鐵軌相連接，之后會出現(xiàn)相同的兩線圈匝數(shù)，在此基礎(chǔ)上會出現(xiàn)方向不同、大小相同的磁通量，導(dǎo)致磁通總量為0，此時鐵路信號設(shè)備不會被牽引電流所影響。如果在實(shí)際的運(yùn)行過程中，扼流變壓器線圈處于不平衡、不對稱的狀態(tài)，或者存在對地泄漏以及鋼軌阻抗異常等因素，則會出現(xiàn)不平衡電壓的問題，進(jìn)而對鐵路信號造成影響，導(dǎo)致信號出現(xiàn)丟失和失真的現(xiàn)象，嚴(yán)重時甚至?xí)o電子設(shè)備造成損傷。通過對長期鐵路信號管理工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，可發(fā)現(xiàn)5%屬于牽引電流不平衡系數(shù)的最大值。

第二，接地電位上升是指當(dāng)大地和貫通地線兩者存在漏電的現(xiàn)象之后，會使得大地可以接收地線所漏入的部分電流，進(jìn)而導(dǎo)致該區(qū)域的周圍出現(xiàn)電位上升的情況，在此位置的電纜接地電位也會出現(xiàn)相應(yīng)的提升現(xiàn)象。當(dāng)因漏電而出現(xiàn)短路問題之后，則會導(dǎo)致電氣設(shè)備的邏輯輸出變得逐漸混亂，嚴(yán)重時會導(dǎo)致信號設(shè)備出現(xiàn)燒毀的問題，給鐵路信號系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。牽引電磁干擾是高負(fù)荷線路中常見的干擾，這種干擾會使信號電纜產(chǎn)生感應(yīng)電壓，影響鐵路信號傳輸?shù)馁|(zhì)量和效果。個別時候甚至?xí)?dǎo)致絕緣擊穿的現(xiàn)象出現(xiàn)，給鐵路列車系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成較為嚴(yán)重的影響。通過對屏蔽層接地中對帶有屏蔽層的信號電纜實(shí)施應(yīng)用，能夠提高電纜抵抗電磁干擾的水平，然而如果使用的接地方式不同，則會給鐵路信號系統(tǒng)的運(yùn)行造成不同的影響[2]。

2.3 電磁干擾對貫通地線產(chǎn)生的影響

貫通地線具體是指鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)接地電纜的那一部分，其內(nèi)部包括纜芯主要是由金屬圓線構(gòu)成，通過層絞的方式來將其結(jié)合在一起，在貫通地線的外部會使用鑄鉛護(hù)套，以此來作為保護(hù)措施。如果貫通地線電流輸入點(diǎn)和相同信號的電纜處于相對稱狀態(tài)的時候，會使得感應(yīng)電動勢在地線注入點(diǎn)左右信號電纜出現(xiàn)方向不同、大小一樣的現(xiàn)象。當(dāng)產(chǎn)生干擾電流之后，則會導(dǎo)致系統(tǒng)中正在傳輸?shù)男盘柺艿接绊懀绻藭r兩者處于方向不同、電位相等的狀態(tài)則會相互抵消，會使得電纜電動勢變?yōu)榭罩?。微小電流的具體變化在發(fā)生在信號電纜的外皮之中，并且增加電纜的電動勢。如果故障在接觸網(wǎng)之中出現(xiàn)，則在電路中反應(yīng)電動勢應(yīng)當(dāng)處于30V 之下，出現(xiàn)這一故障之后會產(chǎn)生斷線的問題，電纜外皮會屏蔽電場耦合作用。

3 減少電磁干擾對鐵路信號產(chǎn)生影響的有效措施

3.1 從雷電電磁角度出發(fā)進(jìn)行處理

要想預(yù)防直擊雷對鐵路信號的影響，或者預(yù)防雷電電磁干擾問題的出現(xiàn)，需要對防雷擊措施進(jìn)行改進(jìn)和完善，以此來提高雷電電磁干擾的預(yù)防效果。有關(guān)人員應(yīng)當(dāng)在信號機(jī)房設(shè)置防雷措施，改變單一的避雷針防雷措施，可以選擇將避雷網(wǎng)作為接閃器，在信號樓的樓頂放置避雷帶，可以起到減少電磁干擾的效果，但是在實(shí)際的設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)定進(jìn)行施工，其中避雷網(wǎng)的網(wǎng)格大小標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)符合要求，否則會影響到最終的使用效果。

3.2 從牽引供電系統(tǒng)角度出發(fā)進(jìn)行處理

如果軌道電路屬于25Hz，可以在軌道電路之中放置扼流變壓器，能夠明顯提升鐵芯飽和電流的強(qiáng)度，進(jìn)而提高抵抗電磁感染的能力。在對LC 振蕩電路進(jìn)行設(shè)計的過程中，應(yīng)當(dāng)對其設(shè)計方案進(jìn)行不斷的調(diào)整和優(yōu)化，避免出現(xiàn)并聯(lián)諧振的問題以及信號干擾增強(qiáng)的問題。可以在軌道電路之中放置空心線圈，空心線圈會使得其形成一個較小的牽引電流阻抗，大約為50Hz，因此也可以將其作為斷路，進(jìn)而保證電流的平衡狀態(tài)。由于在牽引電流之中同時存在多種不同的電磁波，如奇次諧波、50Hz 基波、偶次諧波等，均有可能會同時存在，因此在對載頻進(jìn)行選擇的時候，應(yīng)當(dāng)將偶次諧波作為主要選項(xiàng)，以此可以減少牽引電流對鐵路信號造成的影響。

3.3 從貫通地線電路角度出發(fā)進(jìn)行處理

為了減少感應(yīng)電動勢對直通接地電路的影響，有必要采用新型的接地線護(hù)套對其進(jìn)行保護(hù)。同時，必須確保保護(hù)材料的環(huán)保性，以確?？梢詼p小接地對地電阻。當(dāng)在信號電纜敷設(shè)以及貫通地線敷設(shè)過程中，信號電纜和貫通地線兩者之間需要保持一定的距離，距離應(yīng)當(dāng)控制在1m 之上，同時需要利用填砂的模式對其進(jìn)行防護(hù)，在電纜槽之中使用絕緣材質(zhì)。電纜絕緣層也極其容易被破壞，在預(yù)防這一現(xiàn)象的時候，應(yīng)當(dāng)采取監(jiān)測技術(shù)，在室內(nèi)打造完善的監(jiān)測系統(tǒng)，對電纜絕緣指標(biāo)進(jìn)行全面的檢測和評估，保證貫通地線的指標(biāo)和實(shí)際鐵路系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)相匹配。在鐵路信號的運(yùn)輸過程中勢必會受到各種電磁信號的干擾，因此應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)相應(yīng)的處理措施，這樣才能夠保證鐵路信號的傳輸質(zhì)量[3]。

4 結(jié)束語

鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)是我國目前主要建設(shè)的重要基礎(chǔ)項(xiàng)目，其運(yùn)行安全性是鐵路管理工作中的重點(diǎn)內(nèi)容，為了提升運(yùn)行安全性，必須要對鐵路信號實(shí)施管理，這樣才能夠保證信號傳遞的準(zhǔn)確性，防止出現(xiàn)鐵路列車運(yùn)行事故。當(dāng)產(chǎn)生電磁干擾后鐵路信號設(shè)備內(nèi)部會出現(xiàn)電位差以及電動勢的現(xiàn)象，進(jìn)而影響了通信信號的正常運(yùn)行情況，導(dǎo)致列車運(yùn)行安全事故發(fā)生幾率有所提升。在今后的鐵路信號質(zhì)量控制過程中應(yīng)當(dāng)采取多元化的屏蔽技術(shù)、濾波技術(shù)對電磁干擾情況進(jìn)行處理，以此來降低電磁干擾導(dǎo)致的影響，確保鐵路信號設(shè)備的有序運(yùn)行。未來鐵路列車對于信號傳輸?shù)木珳?zhǔn)度要求會持續(xù)提高，相關(guān)領(lǐng)域人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)鐵路信號傳輸管理力度，不斷研發(fā)新型的屏蔽技術(shù)和信號設(shè)備。