軌道交通四電工程電磁兼容控制研究

王玉強

（中鐵電化集團北京電信研究試驗中心有限公司，北京100036）

1 軌道交通工程電磁兼容控制要求

對于軌道交通系統來說，其內部結構組成相對比較復雜，主要由主體結構系統、子分支系統、機車車輛以及主要結構管線等組成。其中站后四電系統，即牽引供電系統、電力系統、通信系統、信號系統等，采用了大量電氣、電子設備以及電纜。有的設備及組件在運行中會產生比較強烈的電磁干擾，而有的設備對電磁干擾十分敏感，受到電磁干擾可能無法正常工作，造成嚴重后果。因此，國內外針對軌道交通電磁兼容性均制定了相關標準規范。

2 軌道交通工程電磁兼容控制

2.1 編制電磁兼容控制方案計劃

根據軌道交通建設的實際要求，對于電磁兼容控制方案需要針對以下內容進行重點關注：（1）在進行電磁兼容性的控制和管理過程中，應該建立相應的控制點，以此識別并檢測軌道運行線路上，各個電磁兼容高風險集合點的現有電磁兼容情況和電磁環境；（2）根據目前現有的電磁情況和環境，設計出科學、可行的施工方案，并且在設計方案中，消除或者緩解電磁敏感設備的電磁影響[1]；（3）在軌道工程設計時，應該通過專業技術，設計消除或者減少固定軌道系統以及車輛等，對于第三方電磁系統相對敏感的電磁輻射和磁場干擾；（4）在進行軌道交通四電工程建設時，應該根據國家相關標準、規范和適用法律作為設計基礎，進行相關的專業設計和技術支持，以此減小和消減對公共衛生和人體傷害的電磁輻射。

編制電磁兼容控制計劃階段要做好以下3項具體工作：

1）電磁干擾源識別。為了對干擾源進行識別，首先要對電磁干擾類型進行分析。干擾分為以下幾種：輻射性干擾、導電性干擾、感應性干擾以及靜電放電干擾。輻射性干擾包括接觸網所產生的磁場、變電所供電設備產生的磁場、車載無線電臺發射、移動電話發射、手持電臺發射以及無線基站天線發射等。導電性干擾主要來自線纜，即電源線和信息數據線輸入，包括電壓波動、諧波、快速瞬態干擾等。感應干擾主要是由電源線的電流變化產生感應電壓，對外形成干擾。

2）敏感設備識別。除了需要對電磁干擾源頭的識別，還需要關注易受到電磁干擾的電子設備與線路，即電磁敏感設備。車輛中敏感設備主要是車載信號設備、通信設備、車輛GPS監控設備、車載PIS設備以及車載攝像機等；車站敏感設備包括車站售檢票設備、車站通信設備、車站信號設備、車站綜合控制設備等；軌旁設備包括軌旁通信設備、軌道電路等。外部設備，包括如軌道附近醫院電子醫療設備、運營商基站設備以及第三方外部無線接收設備等。

3）建立電磁兼容關系矩陣。在充分識別干擾源和敏感設備的基礎上，建立電磁兼容關系矩陣。矩陣是開放的，能不斷地識別，持續添加，動態跟蹤變化，最大限度地反映工程電磁兼容關系，有利于對工程電磁兼容性進行全面控制。

2.2 電磁兼容控制實施

軌道交通四電工程電磁兼容控制實施分為設備選型和工程實施2個階段。設備選型時必須在技術規格書中明確電磁兼容的要求，所用型號設備必須經過權威檢測機構的入網檢測，因為對設備電磁兼容檢測必須在電磁兼容實驗室內進行，工程中要對相應的技術資料進行核查。工程實施階段要應用電磁兼容控制技術，消減電磁兼容影響。常見的電磁兼容控制技術包括屏蔽技術、濾波技術、接地技術以及隔離技術。

1）屏蔽技術應用。設備機箱、機柜屏蔽和線纜屏蔽，屬于產品設計階段考慮的范疇。工程主要對機房房屋采取屏蔽措施。電子信息設備機房以及“法拉第籠”原理進行建設，實現電磁信號屏蔽。墻面、地面及頂面屏蔽網采用直徑不小于12mm的鋼筋構成5m×5m的網格；在網格內，采用直徑不小于8mm的鋼筋鋪設成不大于600mm×600mm的網格。門窗屏蔽采用截面積不小于9mm2、網孔不大于80mm×80mm的鋁合金網。屏蔽網的網格交叉點均應電氣連接。相鄰的墻面、地面、頂面和門窗屏蔽網之間應相互電氣連接，并通過接地匯集線與接地裝置多處連接。

2）濾波技術應用。電源線、信號線和控制線端口采用濾波器來濾除頻率較高的共模騷擾（線-地間騷擾）和差模騷擾（線-線間的騷擾）。濾波器的安裝很關鍵，直接影響濾波的性能。

3）接地技術應用。以鐵路應用為例，沿鐵路線兩側敷設的貫通地線作為共用地線，充分利用沿線橋梁、隧道、路基地段構筑物內的接地裝置作為接地體，為牽引供電、電力、通信、信號、信息、災害監測等電氣設備和金屬構筑物提供低阻等電位綜合接地平臺。明確規定了綜合接地系統接地端子處的接地電阻應不大于1Ω。同時要求接觸網支柱、距離接觸網帶電體5m范圍以內的金屬結構物和電氣設備必須接入綜合接地系統；距離貫通地20m范圍以內的鐵路建筑物構筑物的接地裝置應與綜合接地系統等電位連接。

4）隔離技術應用。在線纜布設時，要充分考慮電力電纜和信號電纜的布防距離以及布防路徑。

2.3 電磁兼容評估檢測

對軌道交通四電工程電磁兼容性進行評估測試也是電磁兼容控制的重要組成部分。通過測試可以判斷整個軌道系統以及變電所等關鍵場所的對外輻射發射是否滿足國家標準的限制要求，是否對外部環境產生影響。同時，也需要測試外部電磁環境，判斷其對軌道系統安全運行，特別是軌道無線通信系統正常工作是否產生影響。

以太原軌道交通2號線工程電磁兼容性測試為例。

1）牽引變電所對外界的發射測試。測試地點為小店南牽引變電所。根據變電所周邊的環境情況，選擇在變電所東側10m處搭建測試系統（測試點的經緯度為：N37°41′42.50″，E112°33′10.73″）。選用在校準有效期內的頻譜儀和不同頻段的天線搭配進行，頻譜儀采用MT8213E，測量方法選用固定頻率方法，檢波方式為準峰值檢波，測量帶寬采用9kHz（0.15～30MHz頻段）和120kHz（0.03～1GHz頻段），在0.15MHz到1GHz頻段范圍內，選擇8個環境噪聲小的頻點進行測試。通過檢測，牽引變電所對外界的發射均符合標準要求。

2）外部電磁環境測試。主要測試外部電磁環境對專用無線通信系統的影響。通過頻譜儀和800M頻段天線，對小店南牽引變電所861～866MHz頻段的電磁環境進行檢測。通過測試不存在對本工程數字集群TETRA系統產生影響的外部干擾信號。

3 結語

電磁兼容性控制是軌道交通四電工程的重要組成部分，貫穿軌道交通的設計和施工全過程。因此，只有合理計劃、有效實施、準確評估，才能確保軌道交通的電磁兼容。