電磁干擾對鐵路信號的影響分析

余海峰 國家能源集團朔黃鐵路公司肅寧分公司

引言：近年來，我國鐵路運輸系統(tǒng)建設(shè)速度加快，在鐵路信號系統(tǒng)中開始廣泛采用先進的精密電子設(shè)備，盡管一定程度上提升了該系統(tǒng)的運行效率，但是在此基礎(chǔ)上形成的電磁干擾是不容忽視的。在鐵路系統(tǒng)運行中，鐵路沿線信號、機車與鐵路各個站點之間信號的正常運行都需要以鐵路信號設(shè)備為基礎(chǔ)，保證鐵路信號穩(wěn)定性能夠從根本上提升鐵路信息系統(tǒng)的安全運行。在這種情況下，有關(guān)部門開始高度關(guān)注鐵路系統(tǒng)信號安全問題，并對鐵路信號電磁干擾源進行了深入分析，為從根本上提升我國鐵路運營安全性奠定了良好基礎(chǔ)。

1 鐵路信號重要性

近年來，我國在積極加強鐵路運輸建設(shè)的過程中，在鐵路信號系統(tǒng)中開始應(yīng)用各種先進的微電子技術(shù)，包括智能化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)和信息化技術(shù)等。然而，部分微電子器件和集成電路在鐵路信號系統(tǒng)中的運行，呈現(xiàn)出了較弱的抗干擾能力，電磁脈沖輻射侵入現(xiàn)象嚴重，導(dǎo)致整個系統(tǒng)無法長期穩(wěn)定運行。鐵路信號在電磁干擾下會產(chǎn)生極大的安全隱患，甚至?xí){到人們的生命及財產(chǎn)安全。在這種情況下，積極展開電磁干擾對鐵路信號的影響分析勢在必行。

2 電磁干擾對鐵路信號的影響

2.1 牽引供電系統(tǒng)對鐵路信號的干擾

（1）牽引傳導(dǎo)性干擾。干擾鐵路軌道電氣回路的主要途徑是牽引傳導(dǎo)性干擾，產(chǎn)生這一干擾的原因是牽引電流不平衡。鐵路信號系統(tǒng)內(nèi)部，通過軌道電路檢測可以掌握列車的占用情況，因此軌道電路與列車牽引回流之間存在相同載體。信號設(shè)備在鐵路信號系統(tǒng)中，在同鐵軌進行連接的過程中，通常需要經(jīng)過扼流變壓器這一媒介，最佳狀態(tài)下，扼流變壓器在分別連接兩個鐵軌時，會形成相同的兩線圈匝數(shù)，同時牽引電流會產(chǎn)生方向相反的磁通量，但是大小一致，這就會形成0 總磁通量，信號設(shè)備不會受到牽引電流的影響。然而牽引電流在兩條軌道上通常因扼流變壓器線圈對稱度、對地泄漏、鋼軌本身阻抗大小等因素的影響，會產(chǎn)生不平衡現(xiàn)象，這就為不平衡電壓的形成提供了條件，在此基礎(chǔ)上會導(dǎo)致信號失真、軌道電子設(shè)備損壞等問題的產(chǎn)生。一般來講，5% 為最大牽引電流不平衡系數(shù)。

（2）牽引電磁干擾。電磁影響在鐵路沿線高負荷線路中是客觀存在的，在此基礎(chǔ)上感應(yīng)電壓會產(chǎn)生于信號電纜中，嚴重影響信號傳輸質(zhì)量與效果，部分情況下還會出現(xiàn)信號線絕緣擊穿等問題，此時列車在運行的過程中就會產(chǎn)生嚴重的安全隱患。在屏蔽層接地中對帶屏蔽層的信號電纜進行應(yīng)用，可以有效提升信號線電磁抗干擾能力。但是采用雙端接地或單端接地等不同的方式，給系統(tǒng)造成的影響也會存在差異。

（3）接地電位上升的影響。漏電導(dǎo)存在于大地與貫通地線之間，在這種情況下，當大地接收到地線中的漏入的電流時，會導(dǎo)致周邊大地電位提升，促使對應(yīng)位置電纜接地電位提升。在產(chǎn)生短路現(xiàn)象時，會形成電氣設(shè)備邏輯輸出混亂、信號設(shè)備燒毀等故障，嚴重威脅信號系統(tǒng)的穩(wěn)定有效運行。

2.2 雷電電磁干擾

雷電所具有的能量是巨大的，所能夠造成的破壞性也極大。通常情況下包含3 種形式的雷擊，如直擊雷、感應(yīng)雷和球形雷。其中球形雷出現(xiàn)時間較短，所造成的危害也相對較小，因此以下針對直擊雷和感應(yīng)雷展開了雷電電磁干擾研究：

（1）直擊雷。被保護物通常會被直擊雷直接放電，在此基礎(chǔ)上會形成巨大的破壞性，針對信息系統(tǒng)電子設(shè)備來講，設(shè)備會直接被破壞。為了避免直擊雷造成的破壞，目前會廣泛采用避雷針，但是該設(shè)備僅可以將直擊雷帶來的損害削弱，無法從根本上將這一破壞性因素完全消除，因此要想更加高效的保護相關(guān)系統(tǒng)，通常在進行相關(guān)建筑物構(gòu)建的過程中，應(yīng)對法拉第籠結(jié)構(gòu)進行充分的應(yīng)用，即全面焊接鋼結(jié)構(gòu)，如鋼筋、柱、板和梁等，實現(xiàn)等電位連接的目標。而建筑中的避雷器引下線可以采用鋼筋這一媒介，向大地直接引入雷擊電流。

（2）感應(yīng)雷。通常情況下，被保護物不同受感應(yīng)雷的直接影響，但是雷電的整個放電過程是非常劇烈的，在這一背景下，導(dǎo)體回路、線路中會受強電磁場的影響形成電磁脈沖信號，這一信號較強，會嚴重損壞回路中信號設(shè)備。近年來，我國在積極進行現(xiàn)代化建設(shè)的過程中，鐵路系統(tǒng)形成了較廣的覆蓋面積，多數(shù)設(shè)備需要長期在外邊環(huán)境中運行，當過電流在軌道中產(chǎn)生時，與之相連的信號設(shè)備內(nèi)部就會出現(xiàn)感應(yīng)電動勢，嚴重損壞設(shè)備，甚至?xí){工作人員的生命安全。目前，為了避免感應(yīng)雷的影響，工作人員所采取的避雷措施以增加避雷線、采用耐壓強的設(shè)備為主。

2.3 貫通地線影響

當貫通地線電流輸入點同信號電纜相對稱時，那么感應(yīng)電動勢在貫通地線注入點兩邊信號電纜中的方向相反，但是大小相同，此時會形成0 信號電纜感應(yīng)電動勢；當二者處于非對稱狀態(tài)時，且感應(yīng)電流存在于信號電纜中，很容易導(dǎo)致感應(yīng)電動勢生成，尤其是信號電纜一端的貫通地線，此時感應(yīng)電動勢在信號電纜中會達到峰值。通常情況下，處于正常聯(lián)通狀態(tài)下的貫通地線，感應(yīng)電動勢在線路中最大值僅限于60V。微小電流變化會產(chǎn)生于信號電纜外皮中，其也會導(dǎo)致較大的感應(yīng)電動勢產(chǎn)生于電纜中。當故障產(chǎn)生于接觸網(wǎng)中，電路中僅應(yīng)擁有30V 以下的反應(yīng)電動勢；貫通地線故障通常斷線，電纜外皮會對電場耦合產(chǎn)生屏蔽作用。

3 解決電磁干擾對鐵路信號的影響措施

3.1 牽引供電系統(tǒng)方面

針對25Hz 軌道電路來講，可以將扼流變壓器氣隙增加到軌道電路中，促使鐵芯飽和電流強度有效增加；將繞抗干擾線圈增加到扼流變壓器次級；對LC 震蕩電路進行有效設(shè)計，有效防止并聯(lián)諧振現(xiàn)象，并預(yù)防信號干擾的增強。將空心線圈應(yīng)用于ZPW-2000 軌道電路當中，其會形成較小的50Hz 牽引電流阻抗，幾乎可以看做為斷路，因此可以形成平衡電流的效果。由于奇次諧波、50Hz 基波、偶次諧波等共同存在于牽引電流當中，所以ZPW-2000 在載頻選擇過程中，應(yīng)以高的偶次諧波為主，才能夠有效減少牽引電流的影響。

3.2 雷電電磁方面

要想有效預(yù)防直擊雷以及雷電電磁干擾，應(yīng)將相應(yīng)的防雷擊措施應(yīng)用于信號機房中，傳統(tǒng)的措施是應(yīng)用避雷針，然而如果將金屬避雷針盲目設(shè)置在機房建筑物上部，反而會導(dǎo)致雷擊概率的增加。因此應(yīng)以避雷網(wǎng)充當接閃器，同時將避雷帶敷設(shè)于信號樓頂，促使雷擊幾率的增加。在實際進行避雷網(wǎng)接閃器、避雷帶敷設(shè)的過程中，應(yīng)嚴格遵守有關(guān)規(guī)定，以3m×3m 為敷設(shè)網(wǎng)格大小標準。

3.3 貫通地線電路方面

要想將電線路中的感應(yīng)電動勢減小，通常所采用的地線外套材質(zhì)應(yīng)為新型環(huán)保材料，促使貫通地線接地電阻可以進一步減小，并促進漏泄能力的提升。在并行敷設(shè)信號電纜和貫通地線時，二者之間應(yīng)保持1m 以上的距離，并對填砂防護模式進行充分應(yīng)用，通常將絕緣材質(zhì)應(yīng)用于電纜槽中。在預(yù)防信號電纜絕緣層被損壞時，應(yīng)有效構(gòu)建室內(nèi)監(jiān)測系統(tǒng)，充分檢測電纜絕緣指標，確保貫通地線相關(guān)指標與相關(guān)規(guī)定相符。

4 結(jié)束語

綜上所述，電磁干擾是鐵路現(xiàn)場運行過程中的常見問題，形成干擾的因素較多，且會給鐵路系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行造成極大影響。在這種情況下，新時期我國在積極加強鐵路系統(tǒng)建設(shè)的過程中，必須全面分析電磁干擾對鐵路信號的影響，并從牽引供電系統(tǒng)、雷電電磁、貫通地線電路等多個角度出發(fā)，有針對性的制定解決措施，只有這樣，才能夠不斷提升我國鐵路系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和安全性。