城市軌道交通通信系統中電源電磁干擾的抑制措施探討

文/李偉 天津坦渭科技有限公司 天津 300000

1、城軌通信系統電源電磁干擾的成因

通常，在接通電源瞬間，經電源線傳輸會形成電快速瞬變脈沖群及浪涌電壓而對電子設備產生干擾，主要分為以下幾種情況：第一，功率因數補償電容切換、感性負載或容性負載開關、電動機空載狀態突然斷開等都會引發瞬變電壓與瞬變電流。第二，在調制無隔離變壓器的UPS、逆變電源或變頻器時形成的電磁干擾。第三，架空線路或UPS外接電源的空間電纜感應致使形成電磁干擾。第四，電源零線與地線之間出現較高的電位差，零線對地線電位過高而形成電磁干擾。第五，高頻電源開關電流轉換時的諧波干擾，開關器件的高頻開關動作致使過高的電流變化率、電壓變化率形成嚴重的電磁干擾。第六，因雷擊造成電源電壓瞬間跌落或高能雷擊浪涌，經數據線以阻性耦合方式對通信設備造成破壞。

2、城軌通信系統電源電磁干擾的抑制措施

2.1 抑制零線電磁干擾

由于零線電位會在一定程度上影響通信系統，而地線通過回路使零線電位持平，而城軌通信系統又不存在理想狀態的地線，一旦有電流通過地線由于電阻存在必定會出現電壓降。因此，根據地線形成干擾的機理可采取如下措施：首先，最大程度降低系統接地阻抗及電源系統主饋電阻抗；其次，阻隔地環路，避免交變磁場與地環路交連形成感應電勢而造成電磁干擾；另外，選擇正確合理的多點接地，對于高頻電子設備常通過多點接地即就近接地。

2.2 抑制開關電源干擾

造成電磁干擾的三要素為干擾源、傳播途徑及受擾設備，因此，抑制開關電源干擾最有效的方式也要基于這三方面內容。一是，抑制電磁干擾源，根據噪聲干擾源種類削弱抑制噪聲干擾源；二是，切斷干擾源與受干擾設備間的耦合通道；三是，有效提高設備的抗干擾能力，降低設備對噪聲的敏感度。當前，抑制干擾的措施基本都是通過屏蔽、接地及濾波，從而切斷耦合途徑以有效抑制開關電源干擾。

第一，通過屏蔽抑制輻射噪聲干擾源。屏蔽能夠限制變壓器內部輻射的磁場泄漏，并能避免外部輻射對內部造成干擾。通常，可利用閉合磁環依照屏蔽磁場的方式形成磁屏蔽，使用有屏蔽層的導線作為開關電源的電源線及連接線，防止外部干擾耦合影響內部電路。同時，對于整個開關電源外殼以及接縫位置也應注意做好屏蔽。第二，通過接地建立傳導通路，使電源其中有些部分通過連接大地防止電源干擾的影響。另外，為降低接地阻抗，合理選擇多點接地或平面接地，對于接地部分選擇就近接地。此外，為最大限度降低接地回路壓降，可利用旁路電容降低返回電流的幅值。第三，通過電源線濾波器濾除干擾。通過使用EMI濾波器濾除電源線傳導干擾，防止電網干擾對通信電源的干擾，并能有效抑制電源干擾信號反串電網。選擇適宜專用的濾波器能夠有效抑制開關電源線的差模干擾與共模干擾，同時在濾波電路中通常還采用穿心電容器、三端電容器等專用濾波元件以有效改善電路的濾波特性。此外，還可通過軟開關技術有效降低開關損耗及開關噪聲，使開關開通及關斷時不會產生損耗及噪聲。

2.3 合理選配UPS供電系統

城軌通信系統中，根據UPS類型的不同能夠實現不同級別的抗干擾保護，較為常見的抑制電源電磁的UPS供電系統主要分為以下在線式UPS、后備式UPS、在線互動式UPS以及Delta變換式UPS。其中，在線式UPS將輸入的交流市電通過整流器變為穩壓的直流電源，然后再將直流電通過逆變器逆變為交流電，并輸出穩定、純凈、標準的正弦波電源，避免尖峰、浪涌等所有電源問題。另外，后備式UPS與在線互動式UPS類似，在輸入電源正常時，通過UPS進行處理后向負載輸出穩壓精度為10%～15%的電源，而Delta變換式UPS是利用Delta變換器通過主供電通道的補償變壓器將不穩定的輸入電源按照0.15%標稱輸出電壓進行電壓調控，并輸出高達1%精度的穩壓電源。后面三種UPS只有當輸入電源非正常工作時，才啟動逆變器電源，逆變輸出穩定的電源電壓。顯而易見，后三種UPS主要解決輸入電源的波動問題，對于因頻率、諧波而引發的干擾則無法作用。因此，工作人員必須合理選配UPS供電系統，才能有效抑制電源電磁干擾對城軌通信系統造成的傷害。

2.4 合理選擇全線路接地方式

為避免工頻電流以及線路上散雜電流的電位差干擾通信系統，通常需要將信號地線與安全地線以及電源進行隔離，于電源線接地位置采取單點連接。城軌沿線主變壓器進行單點接地，從而確保接地阻抗滿足相關標準要求。同時，在單點接地時，可將接地點引出至屏蔽籠外，提高單點接地的效率，避免由于電荷泄露而造成的電磁干擾。

2.5 抑制電源雷擊干擾

首先，等電位連接。為減小防雷空間內各金屬部件及各系統間的電位差，應將通信電源機房內的金屬設備外殼及線路等進行等電位連接，并以最短線路與最近等電位連接帶進行連接，或連接到最近已經做好等電位連接的金屬物，并且應盡量將各導電物體間多次連接。其次，室外電源線應做好金屬屏蔽及重復接地。為避免室外架空電源線因雷擊而直接進入機房損壞通信設備，應盡量將電纜以埋地方式接入，并用金屬導管做好電纜的屏蔽工作，對于屏蔽金屬管應先做好重復接地后再進入室內，從而有效減少或避免因導線引入而造成的雷電高壓破壞。此外，城軌通信系統可通過加設防雷裝置，以有效抑制因線路瞬態過電流及過電壓而造成的干擾。

結語：

城市軌道全線通信設備都需要來自通信電源系統的供電，因電源系統而造成的電磁干擾會導致通信設備數據丟失、加大傳輸誤碼率，嚴重時可能會導致通信系統中斷。因此，必須采取行之有效的抗干擾措施，最大程度的降低電源電磁干擾對通信系統造成的影響。