軌道交通四電工程電磁兼容控制研究

王玉強(qiáng)

（中鐵電化集團(tuán)北京電信研究試驗(yàn)中心有限公司，北京100036）

1 軌道交通工程電磁兼容控制要求

對(duì)于軌道交通系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成相對(duì)比較復(fù)雜，主要由主體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、子分支系統(tǒng)、機(jī)車車輛以及主要結(jié)構(gòu)管線等組成。其中站后四電系統(tǒng)，即牽引供電系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)等，采用了大量電氣、電子設(shè)備以及電纜。有的設(shè)備及組件在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生比較強(qiáng)烈的電磁干擾，而有的設(shè)備對(duì)電磁干擾十分敏感，受到電磁干擾可能無(wú)法正常工作，造成嚴(yán)重后果。因此，國(guó)內(nèi)外針對(duì)軌道交通電磁兼容性均制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

2 軌道交通工程電磁兼容控制

2.1 編制電磁兼容控制方案計(jì)劃

根據(jù)軌道交通建設(shè)的實(shí)際要求，對(duì)于電磁兼容控制方案需要針對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注：（1）在進(jìn)行電磁兼容性的控制和管理過(guò)程中，應(yīng)該建立相應(yīng)的控制點(diǎn)，以此識(shí)別并檢測(cè)軌道運(yùn)行線路上，各個(gè)電磁兼容高風(fēng)險(xiǎn)集合點(diǎn)的現(xiàn)有電磁兼容情況和電磁環(huán)境；（2）根據(jù)目前現(xiàn)有的電磁情況和環(huán)境，設(shè)計(jì)出科學(xué)、可行的施工方案，并且在設(shè)計(jì)方案中，消除或者緩解電磁敏感設(shè)備的電磁影響[1]；（3）在軌道工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該通過(guò)專業(yè)技術(shù)，設(shè)計(jì)消除或者減少固定軌道系統(tǒng)以及車輛等，對(duì)于第三方電磁系統(tǒng)相對(duì)敏感的電磁輻射和磁場(chǎng)干擾；（4）在進(jìn)行軌道交通四電工程建設(shè)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和適用法律作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，進(jìn)行相關(guān)的專業(yè)設(shè)計(jì)和技術(shù)支持，以此減小和消減對(duì)公共衛(wèi)生和人體傷害的電磁輻射。

編制電磁兼容控制計(jì)劃階段要做好以下3項(xiàng)具體工作：

1）電磁干擾源識(shí)別。為了對(duì)干擾源進(jìn)行識(shí)別，首先要對(duì)電磁干擾類型進(jìn)行分析。干擾分為以下幾種：輻射性干擾、導(dǎo)電性干擾、感應(yīng)性干擾以及靜電放電干擾。輻射性干擾包括接觸網(wǎng)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)、變電所供電設(shè)備產(chǎn)生的磁場(chǎng)、車載無(wú)線電臺(tái)發(fā)射、移動(dòng)電話發(fā)射、手持電臺(tái)發(fā)射以及無(wú)線基站天線發(fā)射等。導(dǎo)電性干擾主要來(lái)自線纜，即電源線和信息數(shù)據(jù)線輸入，包括電壓波動(dòng)、諧波、快速瞬態(tài)干擾等。感應(yīng)干擾主要是由電源線的電流變化產(chǎn)生感應(yīng)電壓，對(duì)外形成干擾。

2）敏感設(shè)備識(shí)別。除了需要對(duì)電磁干擾源頭的識(shí)別，還需要關(guān)注易受到電磁干擾的電子設(shè)備與線路，即電磁敏感設(shè)備。車輛中敏感設(shè)備主要是車載信號(hào)設(shè)備、通信設(shè)備、車輛GPS監(jiān)控設(shè)備、車載PIS設(shè)備以及車載攝像機(jī)等；車站敏感設(shè)備包括車站售檢票設(shè)備、車站通信設(shè)備、車站信號(hào)設(shè)備、車站綜合控制設(shè)備等；軌旁設(shè)備包括軌旁通信設(shè)備、軌道電路等。外部設(shè)備，包括如軌道附近醫(yī)院電子醫(yī)療設(shè)備、運(yùn)營(yíng)商基站設(shè)備以及第三方外部無(wú)線接收設(shè)備等。

3）建立電磁兼容關(guān)系矩陣。在充分識(shí)別干擾源和敏感設(shè)備的基礎(chǔ)上，建立電磁兼容關(guān)系矩陣。矩陣是開放的，能不斷地識(shí)別，持續(xù)添加，動(dòng)態(tài)跟蹤變化，最大限度地反映工程電磁兼容關(guān)系，有利于對(duì)工程電磁兼容性進(jìn)行全面控制。

2.2 電磁兼容控制實(shí)施

軌道交通四電工程電磁兼容控制實(shí)施分為設(shè)備選型和工程實(shí)施2個(gè)階段。設(shè)備選型時(shí)必須在技術(shù)規(guī)格書中明確電磁兼容的要求，所用型號(hào)設(shè)備必須經(jīng)過(guò)權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)的入網(wǎng)檢測(cè)，因?yàn)閷?duì)設(shè)備電磁兼容檢測(cè)必須在電磁兼容實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，工程中要對(duì)相應(yīng)的技術(shù)資料進(jìn)行核查。工程實(shí)施階段要應(yīng)用電磁兼容控制技術(shù)，消減電磁兼容影響。常見的電磁兼容控制技術(shù)包括屏蔽技術(shù)、濾波技術(shù)、接地技術(shù)以及隔離技術(shù)。

1）屏蔽技術(shù)應(yīng)用。設(shè)備機(jī)箱、機(jī)柜屏蔽和線纜屏蔽，屬于產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段考慮的范疇。工程主要對(duì)機(jī)房房屋采取屏蔽措施。電子信息設(shè)備機(jī)房以及“法拉第籠”原理進(jìn)行建設(shè)，實(shí)現(xiàn)電磁信號(hào)屏蔽。墻面、地面及頂面屏蔽網(wǎng)采用直徑不小于12mm的鋼筋構(gòu)成5m×5m的網(wǎng)格；在網(wǎng)格內(nèi)，采用直徑不小于8mm的鋼筋鋪設(shè)成不大于600mm×600mm的網(wǎng)格。門窗屏蔽采用截面積不小于9mm2、網(wǎng)孔不大于80mm×80mm的鋁合金網(wǎng)。屏蔽網(wǎng)的網(wǎng)格交叉點(diǎn)均應(yīng)電氣連接。相鄰的墻面、地面、頂面和門窗屏蔽網(wǎng)之間應(yīng)相互電氣連接，并通過(guò)接地匯集線與接地裝置多處連接。

2）濾波技術(shù)應(yīng)用。電源線、信號(hào)線和控制線端口采用濾波器來(lái)濾除頻率較高的共模騷擾（線-地間騷擾）和差模騷擾（線-線間的騷擾）。濾波器的安裝很關(guān)鍵，直接影響濾波的性能。

3）接地技術(shù)應(yīng)用。以鐵路應(yīng)用為例，沿鐵路線兩側(cè)敷設(shè)的貫通地線作為共用地線，充分利用沿線橋梁、隧道、路基地段構(gòu)筑物內(nèi)的接地裝置作為接地體，為牽引供電、電力、通信、信號(hào)、信息、災(zāi)害監(jiān)測(cè)等電氣設(shè)備和金屬構(gòu)筑物提供低阻等電位綜合接地平臺(tái)。明確規(guī)定了綜合接地系統(tǒng)接地端子處的接地電阻應(yīng)不大于1Ω。同時(shí)要求接觸網(wǎng)支柱、距離接觸網(wǎng)帶電體5m范圍以內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)物和電氣設(shè)備必須接入綜合接地系統(tǒng)；距離貫通地20m范圍以內(nèi)的鐵路建筑物構(gòu)筑物的接地裝置應(yīng)與綜合接地系統(tǒng)等電位連接。

4）隔離技術(shù)應(yīng)用。在線纜布設(shè)時(shí)，要充分考慮電力電纜和信號(hào)電纜的布防距離以及布防路徑。

2.3 電磁兼容評(píng)估檢測(cè)

對(duì)軌道交通四電工程電磁兼容性進(jìn)行評(píng)估測(cè)試也是電磁兼容控制的重要組成部分。通過(guò)測(cè)試可以判斷整個(gè)軌道系統(tǒng)以及變電所等關(guān)鍵場(chǎng)所的對(duì)外輻射發(fā)射是否滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的限制要求，是否對(duì)外部環(huán)境產(chǎn)生影響。同時(shí)，也需要測(cè)試外部電磁環(huán)境，判斷其對(duì)軌道系統(tǒng)安全運(yùn)行，特別是軌道無(wú)線通信系統(tǒng)正常工作是否產(chǎn)生影響。

以太原軌道交通2號(hào)線工程電磁兼容性測(cè)試為例。

1）牽引變電所對(duì)外界的發(fā)射測(cè)試。測(cè)試地點(diǎn)為小店南牽引變電所。根據(jù)變電所周邊的環(huán)境情況，選擇在變電所東側(cè)10m處搭建測(cè)試系統(tǒng)（測(cè)試點(diǎn)的經(jīng)緯度為：N37°41′42.50″，E112°33′10.73″）。選用在校準(zhǔn)有效期內(nèi)的頻譜儀和不同頻段的天線搭配進(jìn)行，頻譜儀采用MT8213E，測(cè)量方法選用固定頻率方法，檢波方式為準(zhǔn)峰值檢波，測(cè)量帶寬采用9kHz（0.15～30MHz頻段）和120kHz（0.03～1GHz頻段），在0.15MHz到1GHz頻段范圍內(nèi)，選擇8個(gè)環(huán)境噪聲小的頻點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)檢測(cè)，牽引變電所對(duì)外界的發(fā)射均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2）外部電磁環(huán)境測(cè)試。主要測(cè)試外部電磁環(huán)境對(duì)專用無(wú)線通信系統(tǒng)的影響。通過(guò)頻譜儀和800M頻段天線，對(duì)小店南牽引變電所861～866MHz頻段的電磁環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)測(cè)試不存在對(duì)本工程數(shù)字集群TETRA系統(tǒng)產(chǎn)生影響的外部干擾信號(hào)。

3 結(jié)語(yǔ)

電磁兼容性控制是軌道交通四電工程的重要組成部分，貫穿軌道交通的設(shè)計(jì)和施工全過(guò)程。因此，只有合理計(jì)劃、有效實(shí)施、準(zhǔn)確評(píng)估，才能確保軌道交通的電磁兼容。