弓網電弧對機場終端全向信標臺電磁產生的騷擾

2019-07-23 07:21:10宋駿

通信電源技術 2019年6期

宋駿

（民航新疆空中交通管理局，新疆烏魯木齊 830000）

0 引言

我國軌道交通事業不斷發展，大部分城市都提出了零換乘需求，即通過航站樓直接換乘電氣化軌道交通，如深圳寶安機場和武漢天河機場等。因此，地面中就會出現電氣化軌道和機場跑道近距離平行的情況。但是，電氣化列車運行不平順或者接觸線中具有硬點時，接觸網及受電弧就會具有離線電弧。此離線電弧能實現對外電磁輻射。尤其是車通過電分相時，因為電壓狀態發生變化使此電磁輻射較為嚴重，會干擾機場導航。因此，分析弓網電弧對機場終端全向信標臺產生的電磁騷擾具有重要意義。

1 弓網電弧和典型位置

通過相關研究發現，弓網電弧頻率主要集中在30～400 MHz，幅值一般為50～70 dBμV，最大幅值為86 dBμV。雖然機場終端全向信標臺只是在固定頻點中工作，但是弓網電弧是隨機性的脈沖騷擾，部分頻率會在其工作頻點中，導致出現同頻干擾。產生弓網電弧和外界環境、接觸網懸掛方式及列車運行狀態等因素相關，原因較復雜。一般機場終端容易出現弓網電弧的位置包括普通點、錨段關節及電分相。

第一，電分相。我國機場是用單相供電，對平衡電力系統提供各相負荷，牽引供電的方式都是實施相序輪換供電，以在接觸網各供電臂分解地方實現絕緣結構的設置，即電分相。

第二，錨段關節。接觸網通過大量機械獨立錨段構成，兩個相鄰錨段相互銜接的部分就是錨段關節，能使電弓從錨段接觸網到相連錨段接觸網中平穩滑行。過渡區中，兩側錨段通過工作支轉變成為非公工作支，或者非工作支轉變成為工作支，也就是受電弓和接觸網從良好接觸轉變成為脫離接觸。如果供給受電弓和接觸線的間隙電壓和間隙電流比生弧電壓和生弧電流大，將產生電弧。

第三，普通點。普通點指的是接觸網連續段，也就是沒有電氣隔離部分和機械部分。弓網滑動接觸過程中，因為表面存在硬點或者表面不平順，導致受電弓無法和接觸網良好接觸，進而出現電火花和燃弧的情況[1]。

2 設置測試

2.1 選擇測試點

本文選擇新疆到西藏的某鐵路作為測試對象，其接觸網額定電壓為27.5 kV，通過直供結合回流實現供電。以電氣化鐵路供電線路結構為例，兩個供電臂之間實現電分相的設置，列車通過電分相時要通過從有電到沒電再到有電的過程。所以，本文使用電分相和普通點兩個測試地點實現弓網電弧測試，掌握弓網電弧輻射特性。

相關規定中，將天線與鋼軌垂直的距離作為測試距離，能滿足整車對外輻射需求，但無法滿足軌道電氣化對導航的需求，包括電分相過程中，拉弧點不對鋼軌上方和天線接觸線垂直。需對離線電弧負荷進行精準測試，測試距離就是實際拉弧點和天線的接收距離。

2.2 設置測試參數

實際測試過程中，分頻率帶寬設置為120 kHz。由于下滑信標天線極化的方式值為水平極化，所以本文只需要對周期天線進行測量，從而得到水平極化方向中最強的電弧輻射，實現對數周期的水平極化，假設高度設置為1.5 m。利用峰值檢波，但是大部分的天線點設備檢波指的是平均值和準峰值，為方便全面分析電磁輻射特性，本文使用了三種檢波方式，如表1所示。

表1 測試儀器型號和技術指標

由表1可知，通過網絡分析儀對RG214同軸電纜進行衰減損耗的測試，從而得到0.81 dB的損耗。接收機、天線及線纜都是N型連接器接頭，因為處于1 GHz附近，接頭損耗設置為0.1 dB，那么在332 MHz頻率點中能夠將接頭損耗進行忽略[2]。

3 測試數據和結果

3.1 測試數據

通過頻譜儀對測試以前的dvor工作單中背景及來車時候弓網電弧進行測試，弓網電弧在110 MHz時具有最強的電磁輻射。因為電弧拉弧持續的時間較短，即便是具有最長拉弧時間的電分相處，弓網電弧放電持續的時間也僅為300 ms左右，那么在具體頻點中測試的分配時間更短。

計算距離弓網電弧10 m地方的電場強度E0，可表示為：

由式（1）可知，dvor工作頻段的108～111.95 MHz電磁噪聲差量為0.2 dB以下，那么弓網電弧在這個工作頻段中的電磁輻射頻率特點并無差別。但是因為電磁負荷干擾具有隨機性，在對接收機選擇并實現電頻測試的過程中，為保證測試數據的精準性，將110 MHz作為典型測試頻率。

3.2 測試結果

第一，dvor工作頻段中，不管哪個點實現背景測試曲線的對比，都是頻譜測試曲線在來車時候弓網電弧電磁輻射較明顯。

第二，因為過電分相是有電——無電——有電的循環換相流程，對比錨段關節和普通點，弓網電壓的狀態具有變化，電分相弓網離線電弧電磁輻射大于普通點和錨段關節，峰值檢波方式中的電分相電場強度和錨段關節的電分相電場強度最大相差20.1 dB，和普通點的電分相電場強度最大相差26.8 dB。準峰值檢波方式中的電分相電場強度和錨段關節的電分相電場強度相差26.1 dB，和普通點的電分相電場強度最大相差33.8 dB。平均值檢波方式中的電分相電場強度和錨段關節的電分相電場強度最大相差18.1 dB，和普通點的電分相電場強度最大相差24.8 dB。因此，不管是平均值、準峰值或者峰值檢波，電分相處弓網離線電弧電磁輻射大于普通點與錨段關節的弓網離線電弧電磁輻射，且都比20 dB大。

第三，每隔50 ms，接收機就會刷新測試數據，每次來車時候的測試時間為10 s，那么接收機在一次來車的時候能夠測試200個數據。因為電弧隨機放電的特點，此次拉弧及下次拉弧在此頻點的能量各不相同。

圖1為鐵路線路和機場跑道的布局圖。因為鐵路線路和飛機跑道垂直，那么圖1中交叉點處置向上沿線及飛機下滑道的角點就是弓網電弧電磁的最大輻射位置。實際測量可知，飛機著陸點距離交叉點有1 020 m，dvor和機場跑道、鐵路線路三者的交叉點為4 000 m，飛機下滑的角度設置為3°，弓網電弧雖然和dvor信標臺和地面存在一定高度，但是兩者距離較遠，所以可以忽略。由此可得到拉弧點到交叉點的距離關系，如圖2所示[3]。