高鐵電氣系統(tǒng)中的GMD干擾監(jiān)測及信號消噪方法

李志宏 張宏濤

摘要：由于高鐵具有高速等優(yōu)勢，現(xiàn)如今已經成為我國主要交通工具之一。但高鐵在運行過程中極易受到電磁信號的干擾，如未能及時對干擾信號進行消除則極易對高鐵整體運行穩(wěn)定性和安全性產生嚴重影響。基于此，本文結合高鐵中電子系統(tǒng)受到的干擾及GMD干擾監(jiān)測系統(tǒng)進行簡要介紹，并對其具體消噪方法展開分析與思考。

關鍵詞：高鐵電氣系統(tǒng);GMD干擾檢測;信號消噪

高鐵已成為我國科技的主要象征，同時也因其客流運輸量大、運輸速度高等成為我國部分城市中居民出行時的首選交通工具，因此在高鐵運行過程中為了保證其運行穩(wěn)定性和乘客人身安全性，則必須加強對高鐵系統(tǒng)的運行質量的重視與關注。高鐵主要依靠自身電氣系統(tǒng)提供動力，但在運作過程中極易出現(xiàn)電磁干擾信號對其電氣系統(tǒng)產生干擾，因此想要保證電氣系統(tǒng)及高鐵列車的穩(wěn)定運行，就必須及時對其具體影響情況及監(jiān)測方式加以分析。

一、高鐵電氣系統(tǒng)受到的主要影響

受地球自身磁場干擾作用力產生的影響，高鐵在運行過程中需要與軌道進行接觸，而在接觸、摩擦的過程中地面感應電場在地球磁場干擾的作用下對牽引主變壓器、自耦變壓器中的AT所點產生影響電磁影響，最終導致高鐵電氣系統(tǒng)在電磁作用影響下其牽引網直接出現(xiàn)流通的GIC信號。

高鐵電氣系統(tǒng)在運行過程中需要針對軌道使用相對應的扼流電壓裝置，通過對牽引網中的電流進行扼制，避免在回流過程中出現(xiàn)絕緣現(xiàn)象，同時對高鐵軌道加以保護。此外，為了確保扼流變壓器能夠穩(wěn)定運行，必須確保其在使用過程中與地線連接，使其能夠在地電場的作用下能夠與牽引變電所、AT所兩點進行連接，保證GIC信號能夠在鋼軌中正常流通，以免對電氣系統(tǒng)產生影響。

二、GMD干擾監(jiān)測

為了提升GMD干擾監(jiān)測準確性，需要將該監(jiān)測裝置與高鐵電氣系統(tǒng)牽引網和整體高鐵鐵路監(jiān)測系統(tǒng)進行覆蓋，結合該系統(tǒng)與高鐵鐵路監(jiān)測系統(tǒng)的智能、及時作用可實現(xiàn)對高鐵全面動態(tài)監(jiān)測，而后該系統(tǒng)能夠將監(jiān)測到的干擾信號等信息以數(shù)據(jù)、影像信息以及表格等形式生成，同時和結合通訊系統(tǒng)將所有數(shù)據(jù)信息與各個信號使用平臺進行共享，使各個系統(tǒng)可結合信息做出相應措施。此外，在使用GMD干擾監(jiān)測系統(tǒng)時，雖然該系統(tǒng)具有高安全性，但在具體使用中由于該系統(tǒng)所在位置距離電氣系統(tǒng)電磁環(huán)境較近，極易受到電磁信號干擾，致使故障發(fā)生幾率增大，因此則需要針對GMD系統(tǒng)設立相應警報系統(tǒng)，如在GMD系統(tǒng)使用過程中出現(xiàn)故障或其他干擾可立即觸發(fā)警報系統(tǒng)由專業(yè)人員對故障進行排除，保證GMD系統(tǒng)的正常運行。

此外，為保證GIC電流回流的順利程度，可結合集中接地箱負責收集，通過利用接地箱與GMD系統(tǒng)共同協(xié)作完成對電流回流的收集，保證牽引網的正常運作，維持軌道穩(wěn)定性，減小對電流系統(tǒng)的影響。為了提升接地箱與GMD系統(tǒng)的運作效果，可結合開環(huán)傳感器裝置，將該裝置設置于電纜上，將電纜與接地箱、牽引主變壓器地級裝置相連接，能夠及時對鋼軌中的回流以及變壓器地級裝置中傳回的相應信號進行及時收集。通常情況下需要針對高鐵電氣系統(tǒng)本身特點使用具有10路信號的開環(huán)傳感器，其中可利用8路對牽引主變壓器接地極裝置中的直流回流信號等進行收集，另外使用其余的2路信號用于軌道直流回流信號收集通道，確保能夠全面對所有信號完成收集工作，并能夠準確地根據(jù)回流信號等對扼流變壓器受到的信號影響進行評估，并做出相應措施，以免對電氣系統(tǒng)產生過大影響。

三、對信號進行消噪的方法

對信號消噪是提升對高鐵電子系統(tǒng)維護水平的主要途徑，同時也是提升高鐵電氣系統(tǒng)穩(wěn)定性和高鐵運行安全的關鍵要素，通過對信號進行去噪可提升對信號內容的判斷力和信號接收數(shù)據(jù)的準確率，由此可見，針對信號進行消噪尤為重要。傳統(tǒng)消噪主要依靠低通濾波器對信號進行過濾，雖然能夠對部分信號中的噪音進行消除，但卻無法達到有效效果，甚至導致信號中部分有價值的內容信號出現(xiàn)模糊、損害狀況，對信號的評估結果產生影響，而現(xiàn)有消噪方法中較為優(yōu)質的包括小波分析法。該方法具有較高靈活性，能夠針對不同時間、地點的信號進行特定處理消噪，具有較高效果。而針對高鐵電氣系統(tǒng)進行消噪時，可在小波分析法分級的前提下對相應數(shù)值進行闕值并進行信號重構，盡可能完全保護信號的同時做到最大程度的消噪處理，在消噪時主要包括以下幾個步驟：

第一步，使用小波分析法對信號進行分解。可假設母函數(shù)為?（t），同時定義伸縮平移因子為 s、k，小波基函數(shù)以 ?_s，k?表示，則三者間對應關系可表示為：

隨后使用AD采集方法將已經變換成數(shù)字內容的信號信息進行打散，可獲得最終的信號數(shù)據(jù)分散信息，最終可獲得的結果為：

第二步，利用闕值處理法對分散的信號數(shù)據(jù)進行消噪。

第三步，對信號進行重構。經過消噪、降噪后的信號雖然處于雜亂模式，但此時可結合小波分解法的主要原理通過逆反運作將所有經過處理后的信號根據(jù)源信號進行重構，最終獲得消噪的信號，保證消噪效果的同時維護信號的整體性，提升信號評估效果。

四、結語

通過以上分析可知，高鐵在運行過程中與傳統(tǒng)火車交通運輸有所差別，其主要依靠電氣系統(tǒng)為高鐵提供運行動力和其他作用，且該電氣系統(tǒng)因其作用的特殊性導致其整體結構具有較大特殊性，而在系統(tǒng)運作時如未能增設GIC電流流通途徑則極易導致高鐵的軌道電路及電氣系統(tǒng)中的牽引網裝置因信號干擾過大、回流不暢對該系統(tǒng)產生影響，導致高鐵在運動過程中出現(xiàn)安全隱患。而在針對信號進行分析與評價時可使用GMD干擾監(jiān)測系統(tǒng)對所有信號進行收集，并結合小波分析法等消噪方法對信號中的干擾內容進行去除，同時為了提升GMD系統(tǒng)以及消噪法的整體效率，可結合相應輔助裝置和計算方法提升消噪效率，全面提高對高鐵電氣系統(tǒng)信息的評估準確率，達到提高我國高鐵運行水平的基本目的。

參考文獻

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