鐵路通信電子系統設計中的電磁兼容性

郝坤

摘要：隨著電磁兼容學科技術水平的發展和提高，鐵路通信電子系統設計中電磁兼容工作勢將朝著系統間電磁兼容性的預測、預估與仿真驗證的方向發展。實施鐵路電磁兼容管理工作是鐵路技術管理發展成熟的標志之一，因此需要重點加強研究。基于此本文分析了鐵路通信電子系統設計中的電磁兼容性。

關鍵詞：鐵路通信;電子系統設計;電磁兼容性

中圖分類號：U285 文獻標識碼：A

1、鐵路通信電子系統設計中的電磁兼容管理的必要性

首先，鐵路通信信號技術使設備的數字化、信息化、智能化程度大大提高，設備硬件微電子化、集成化程度高，電磁敏感性增大，對電磁兼容技術水平的要求提高。要想從整體上全面解決電磁兼容問題，就必須從系統的層面，從鐵路建設的全周期來進行鐵路電磁兼容工作的管理及預測、防范工作。

第二，鐵路各專業間系統集成化程度高，集成化已經成為鐵路技術的一個重要特征，因此，對系統間的電磁兼容問題需要通過各專業間的協調和配合才能解決，這需要通過管理的方式進行。第三，鐵路建設成本高，運營維護同樣需要投入大量人力物力，對所有技術問題的應對和評估若采取事后增加措施，必將提高運營維護成本，影響運營效率，不如事前采取管理控制手段。因此，在鐵路安全保障體系中加入電磁兼容管理的理念，實施電磁兼容管理是鐵路電磁兼容工作有效可靠實施的方式之一。在鐵路建設到運營的全周期內實施電磁兼容管理，讓電磁兼容問題從設計階段就得到充分的考慮和預測，在施工、設備生產、安裝、集成調測、運營每個階段依據管理程序對電磁兼容問題進行相應的測試、評估，確保電磁兼容問題解決在事前。

2、鐵路通信電子系統設計中的電磁兼容性干擾

2.1通信線路電涌保護器安裝

通信線路電涌保護器的選型和安裝是防雷項目中最復雜、最容易出問題的環節，不同于直擊雷防護，即使沒有雷電波侵入，仍可能由于設計失誤或產品選擇不當，導致保護無效、數據包丟失甚至通信中斷。因此，根據通信線路（DDN、工 SD N 等）、通信接口（R S232 等）、供電方式（交、直流）、工作頻率、帶寬等要求，選擇在系統數字、模擬等各種接口處插入損耗小、響應速度快、頻帶寬、通流量大的電涌保護器。

2.2電磁干擾抑制技術

1）濾波。該技術在運用過程中使用濾波器件分離干擾信號或噪聲，能夠從中獲得有用信號。其中，濾波器件主要包括電容，電感、磁珠、電阻、共模電感等，為了提高工作質量與效率，可選擇幾種組合使用，電容、電阻與電感便是生活中最常見的濾波器組合，應用效果良好。這幾種濾波器件有各自的特點與適用范圍，工作人員應根據實際情況進行選擇，以免降低電磁干擾抑制效果。2）屏蔽。利用導磁或導電性良好的材料制成屏蔽體，可將設備的內、外部進行分離，具有雙向屏蔽性，能夠控制電磁干擾的范圍。隨著科學技術的不斷發展，越來越多的材料用于屏蔽器制作，但屏蔽效果也有較大差別，綜合考慮方方面面的因素，銅、鋁是效果最好的屏蔽材料。

2.3隔離設計

想要降低電磁干擾，可以設置相應的物理隔離措施，如加大受干擾電路或者期間與干擾源之間的距離，干擾程度與距離平方呈反比，距離每增加一倍，干擾會降低四倍左右，因此，設計人員需要綜合考慮器件或者設備的布局和布線，增加干擾源與受擾電路之間的距離，以此來降低系統故障率。在安裝布線環節，需要依照干擾靈敏度或者本身功率來進行分別處理，布置的順序應該依照低電平模擬信號、一般數字信號、交流控制裝置、直流動力裝置等。依照上述順序，將其相互隔離，保持一定距離，不過，部分設備在布線環節會受到各種因素的影響，無法滿足物理隔離的要求，需要考慮其他措施。

3、鐵路通信電子系統設計中的電磁兼容性優化

3.1軌道電路防止電磁干擾的措施

3.1.1選擇合適的信號電流頻率。電流為 50HZ 基波和諧波，選定的信號電流頻率要既不同于電力牽引電流的基波，也不同于奇次和偶次諧波，以確保軌道電路可靠地正常動作。目前在提速線路上普遍采用 25HZ 相敏軌道電路，具有較強的抗干擾能力。

3.1.1增加適配器，并采用與最大牽引電流相匹配的高容量扼流變壓器來改善牽引電流對軌道電路的干擾狀況。

3.1.2軌道電路受電端繼電器線圈并接防護盒，濾掉不平衡電流的 50HZ 基波及諧波成分，并保證信號電流衰耗很小。

3.2機車信號防干擾措施

對機車信號的防護措施包括防護干擾和防損壞兩方面。

3.2.1制式選擇：對于提速區段，作為行車憑證的列車運行控制系統基礎的機車信號應為主體信號，是由車載信號和地面信號設備共同構成的系統，必須符合故障導向安全的原則。

3.2.2設備布線及安裝方面的防護措施：機車信號屬于弱信號，應采用屏蔽線，且屏蔽線段的屏蔽網只允許一端接地或接機殼，不允許兩端接地。

3.2.3主機應放在電力機車的電氣間內，盡量減少高溫、高濕和電磁對設備的影響。

3.2.4列車速度不斷提高，形成氣流可能會擊壞強度較差的接收線圈或信息傳感器及其引線，應進行防護。

3.3系統抗擾度優化

3.3.1抗擾度測試

1）抗靜電釋放測試。該測試主要的作用是用于檢測車載電子電氣設備、相關的系統以及外設對靜電力的免疫能力。測試的環境溫度要控制在 15 ～ 35℃，濕度控制在 30%～ 60%范圍內。

2）脈沖抗干擾測試。該測試主要是用來驗證電氣和電子設備在瞬態切換過程中各種類型瞬態變騷擾所具有的抗干擾的能力。可以在單部件下在實驗室中完成該項測試，也能夠按照用戶需求完成整車測試。

3.3.2抗干擾度優化

通過電磁兼容性問題的分析，系統受外界干擾的主要途徑是電源及信號、接口電路。為提高系統的抗干擾能力，系統必須加設電源及信號防雷抗干擾裝置。防雷抗干擾裝置是否有效，一是防雷抗干擾電路設計是否合理、先進（如，加信號隔離及保護等），再就是接地問題，系統設備接地效果好壞，直接影響到防雷裝置的防雷抗干擾性能。對于防雷器的人線與出線必須分開，這一點容易被忽視，人線與出線在一起通過線容藕合，防雷器不起作用，外線雷擊或干擾直接進人系統設備，造成設備損壞。

3.4 電磁兼容檢測

電磁兼容性在通信設備運行中占據著舉足輕重的重要地位，它的性能優劣將直接影響到通信系統的安全穩定運行。在電磁兼容檢測中，需要注意以下問題：（1）電磁兼容現場試驗的結果由于其在試驗過程中可能的影響因素比較多，在重復性試驗中，試驗結果的再現比較困難;（2）隨著電磁兼容技術的發展，新的標準已經對電磁兼容試驗的頻率范圍進行了擴展，并要求在實際測試的試驗級別之下的級別也要符合相關標準的要求;（3）通信設備種類繁多，相關的產品標準可在本文基礎上根據實際情況進行修正。如試驗級別和判定方法等;（4）對于特殊的通信設備，應當增加專門的電磁兼容試驗項目，如增加對外輻射的限值，工頻磁場以及工頻諧波和諧間波等項目。

總之，鐵路新技術的升級換代及廣泛使用，使鐵路處于一個更加復雜惡劣的電磁環境中，可能導致路內敏感設備受到干擾;同時，內部的傳導和輻射騷擾電平的升高和設備敏感度的提高也使電磁兼容問題發生的概率和復雜程度大大提高，進一步加強對其的研究非常有必要。

參考文獻：

[1] 吳蘭.淺談電磁兼容及在 ZPW-2000A 中的應用 [J].鐵路通信信號工程技術，2009，6（03）：50-52

（作者身份證號：130223198401180315）