地鐵通訊系統(tǒng)電磁干擾危害的解決措施

安徽建筑大學(xué) 郭雨欣

受到科學(xué)技術(shù)日益進(jìn)步的影響，促使各種類型的電子設(shè)備數(shù)量與日俱增，對(duì)其電磁兼容性的要求也隨之提高。處在地鐵環(huán)境中，不但包括相關(guān)電氣設(shè)備，而且含有不同種類的無(wú)線電磁干擾源。其中電源、計(jì)算機(jī)均能夠形成電磁干擾，造成電磁環(huán)境不佳，帶給地鐵通訊系統(tǒng)很大的危害，容易引發(fā)故障問(wèn)題。通過(guò)說(shuō)明電磁干擾帶給地鐵通訊系統(tǒng)的影響，介紹了地鐵通訊電磁干擾傳播的渠道，并且分析了電磁干擾造成的危害，同時(shí)提出了針對(duì)地鐵通訊系統(tǒng)電磁干擾危害的處理對(duì)策，以便提供給有關(guān)工作人員有效的參考和幫助。

進(jìn)行地鐵工程建設(shè)管理時(shí)，電磁工程屬于必不可少的構(gòu)成內(nèi)容，而電磁兼容性問(wèn)題始終屬于難點(diǎn)。面對(duì)地鐵工程迅速發(fā)展、線路逐漸延長(zhǎng)的形勢(shì)，換乘站、地鐵控制設(shè)備的數(shù)量都隨之增多。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)久運(yùn)用以后，很多設(shè)備發(fā)生老化的現(xiàn)象，針對(duì)電磁干擾抵抗的能力開(kāi)始下降，因而，科學(xué)分析與說(shuō)明地鐵通訊系統(tǒng)電磁干擾危害與處理的對(duì)策可謂十分關(guān)鍵，需要引起一定的關(guān)注和重視。

1 電磁干擾帶給地鐵通訊系統(tǒng)的影響說(shuō)明

在地鐵中的無(wú)線通訊系統(tǒng)類型有很多，包含了眾多的無(wú)線系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了模擬、數(shù)字通信系統(tǒng)之間共存的效果。無(wú)線系統(tǒng)所占用的頻譜寬度很大，包括了80～2700MHz。而無(wú)線覆蓋的形式非常多，容易出現(xiàn)電磁干擾的問(wèn)題，其中以系統(tǒng)內(nèi)干擾、不同系統(tǒng)間的電磁干擾為主。對(duì)于地鐵工程信息化建設(shè)而言，通訊系統(tǒng)屬于其中必不可少的主要內(nèi)容，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程當(dāng)中發(fā)揮出良好的作用。依靠對(duì)此系統(tǒng)的合理利用，能夠深入分析城軌運(yùn)行的具體位置與情況，有利于信號(hào)的快速傳遞，帶給工作人員科學(xué)地指導(dǎo)，確保列車能夠得到高效調(diào)控，有效規(guī)避產(chǎn)生突發(fā)情況。但是，地鐵通訊系統(tǒng)易于被電磁干擾，從而造成嚴(yán)重的故障問(wèn)題。由此可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)上文的論述與分析之后，從中可以獲悉，說(shuō)明電磁干擾帶給地鐵通訊系統(tǒng)的影響可謂十分關(guān)鍵，其重要性是毋庸置疑的。

2 地鐵通訊電磁干擾傳播的渠道

2.1 輻射干擾分析

此種干擾針對(duì)的為干擾源依靠空間將信號(hào)耦合至另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。當(dāng)電源電路、輸入與輸出信號(hào)的電路處于某個(gè)特定的環(huán)境當(dāng)中，均能夠形成輻射天線，如果干擾源外殼通過(guò)了高頻電流的情況下，而外殼自身便屬于輻射天線，在干擾能量方面，結(jié)合電磁場(chǎng)具有的規(guī)律，會(huì)朝周圍的空間進(jìn)行輻射。例如，電力機(jī)車運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中便形成了輻射干擾危害，在部位方面有很多，諸如受電弓架和接觸網(wǎng)間、車輪與軌道間、電磁閥以及電抗器負(fù)載開(kāi)閉位置等。上述情況大部分會(huì)受到接點(diǎn)的變化產(chǎn)生移動(dòng)，雖然接觸電壓產(chǎn)生改變以后，形成了干擾電壓，然而大部分屬于火花放電，接觸網(wǎng)也形成了典型的輻射干擾源。

2.2 傳導(dǎo)干擾分析

此種干擾針對(duì)的為依靠導(dǎo)電介質(zhì)將1個(gè)電網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)耦合至另1個(gè)電網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。傳輸干擾信號(hào)的過(guò)程中，干擾源與敏感器間需要具備更加完整的電路連接，此時(shí)，干擾信號(hào)會(huì)沿此連接電路傳遞至敏感器，形成了嚴(yán)重的干擾。在傳輸電路當(dāng)中涵蓋了公共阻抗、導(dǎo)線以及互感元件等。例如，在產(chǎn)生高頻開(kāi)關(guān)動(dòng)作后，便會(huì)形成一定的電磁干擾，實(shí)現(xiàn)在供電線路當(dāng)中的傳播。而電視監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中的視頻信號(hào)和與電網(wǎng)的電位不一樣時(shí)，攝像機(jī)和顯示器間的電源便產(chǎn)生了電流回路的情況，而地電流的一些諧波分量則進(jìn)到視頻信號(hào)當(dāng)中，造成工頻干擾的問(wèn)題。

再如，對(duì)于智能手機(jī)來(lái)說(shuō)，射頻模塊包括了手機(jī)天線與接收器，此模塊假如沒(méi)有被干擾，能在200kHz帶寬范圍內(nèi)接收到-120dBm的極弱信號(hào)。不過(guò)以上屬于理論數(shù)據(jù)，實(shí)際上，智能手機(jī)的時(shí)鐘頻率支持GSM880～1800，藍(lán)牙、WiFi頻段，系統(tǒng)接收器裝置容易被相關(guān)內(nèi)部組件所干擾，通常為諧波、數(shù)據(jù)信號(hào)耦合到天線，降低了射頻模塊的靈敏度與通訊的質(zhì)量。如圖1所示。

圖1 移動(dòng)設(shè)備射頻干擾與劣化機(jī)制圖Fig.1 Diagram of RF interference and degradation mechanism of mobile equipment

3 電磁干擾造成的危害分析

一般來(lái)說(shuō)，電磁干擾采用不同的干擾方式，可以帶給相關(guān)電子設(shè)備一定的干擾，不利于確保其他設(shè)備運(yùn)行的正常與穩(wěn)定性，容易導(dǎo)致嚴(yán)重的故障問(wèn)題。例如，從醫(yī)用電子領(lǐng)域的角度而言，無(wú)論是不同類型的電療設(shè)備，還是外科常用的手術(shù)刀，進(jìn)行運(yùn)用的過(guò)程中，電磁能量會(huì)對(duì)外發(fā)射，形成空間輻射干擾的現(xiàn)象，無(wú)法確保相關(guān)設(shè)備正常的運(yùn)行。再如，對(duì)于飛機(jī)的機(jī)艙來(lái)說(shuō)，如果使用手機(jī)和電腦等電子設(shè)備以后，形成的電磁干擾噪聲將借助空間輻射的形式，妨礙到飛機(jī)傳感器正常的運(yùn)作，假如導(dǎo)致飛機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)產(chǎn)生故障以后，必然將造成極大的危害，提高了空難的產(chǎn)生幾率。

4 針對(duì)地鐵通訊系統(tǒng)電磁干擾危害的處理對(duì)策

4.1 合理運(yùn)用無(wú)源器件

針對(duì)電磁干擾、射頻干擾的管控而言，合理運(yùn)用無(wú)源器件能夠發(fā)揮出良好的作用。無(wú)源器件處于非理想條件下，易于被高、低頻率所干擾，使導(dǎo)線、電容、電感發(fā)生不同的變化。基于高頻率下，導(dǎo)線變?yōu)榉瓷渚€，電容和電感發(fā)生互換的情況。在低頻率下，導(dǎo)線電阻十分低，通常是每米0.0656Ω，產(chǎn)生0.79nH的寄生電感，假如頻率超過(guò)13kHz，將變?yōu)殡姼校贿^(guò)電感不可控，最終導(dǎo)線將變成發(fā)射線，根據(jù)有關(guān)天線理論，形成1個(gè)增益天線。

4.2 加大針對(duì)地鐵系統(tǒng)外部電磁干擾的屏蔽力度

對(duì)于地鐵系統(tǒng)而言，在屏蔽的位置方面，通常選取在地鐵的接收器設(shè)備與車站總控制室當(dāng)中。當(dāng)布設(shè)屏蔽系統(tǒng)的過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)有關(guān)操作要求，合理加以設(shè)置。通常情況下，對(duì)于地鐵的外部電磁干擾屏蔽涵蓋了電場(chǎng)、電磁、磁場(chǎng)等屏蔽類型。在這當(dāng)中，選用電場(chǎng)屏蔽的過(guò)程中，需要使高導(dǎo)電性材料及時(shí)接地，以便發(fā)揮出其應(yīng)有的功效和作用。一般來(lái)說(shuō)，地鐵系統(tǒng)中的磁場(chǎng)屏蔽針對(duì)的為以低頻磁場(chǎng)與直流磁場(chǎng)作為對(duì)象所進(jìn)行的屏蔽，雖然最后的成效對(duì)比電場(chǎng)很弱，然而，屬于當(dāng)前國(guó)內(nèi)地鐵系統(tǒng)經(jīng)常應(yīng)用的屏蔽形式。當(dāng)設(shè)置磁場(chǎng)屏蔽的過(guò)程當(dāng)中，需要將鐵磁性材料作為首選，通過(guò)科學(xué)利用那些含磁性的相關(guān)電子元件，實(shí)施磁屏蔽體開(kāi)孔的過(guò)程中，確保開(kāi)孔方向的正確性，使磁通的流向和開(kāi)孔的長(zhǎng)邊處于平行的狀態(tài)，同時(shí)減小磁路的總長(zhǎng)度。

4.3 增強(qiáng)地鐵車輛電子設(shè)備的電磁兼容性能

基于減小地鐵車輛所受電磁干擾的目的，需要增強(qiáng)地鐵車輛電子設(shè)備的電磁兼容性能，把電磁兼容性當(dāng)成主要的指標(biāo)之一，以便確保地鐵車輛電子設(shè)備的質(zhì)量達(dá)到相關(guān)規(guī)定。通常情況下，在地鐵中的顯示器、相關(guān)通信設(shè)備等均形成了不同程度的電磁干擾，所以，進(jìn)行電子設(shè)備購(gòu)買的過(guò)程中，應(yīng)該使電子設(shè)備達(dá)到地鐵系統(tǒng)電磁兼容性方面的要求，并且將那些抗干擾能力很強(qiáng)的電子設(shè)備作為首選，同時(shí)加大對(duì)隔離與浮地技術(shù)的運(yùn)用力度，能夠達(dá)到減小電子設(shè)備形成電磁干擾的目的。除此之外，當(dāng)進(jìn)行地鐵電子與電氣設(shè)備購(gòu)買的過(guò)程當(dāng)中，需要及時(shí)和生產(chǎn)廠家進(jìn)行深入溝通，從而熟悉并掌握電子設(shè)備的各項(xiàng)抗干擾指標(biāo)，而且要明確耐壓能力的狀況，從而科學(xué)規(guī)劃電子產(chǎn)品運(yùn)行的磁場(chǎng)環(huán)境。

4.4 科學(xué)運(yùn)用PCB板

USB3.0接口的帶寬很高，對(duì)于PCB板而言，由于其屬于高帶寬接口器件，容易形成大容量的數(shù)據(jù)，從而形成高頻噪聲，采樣時(shí)鐘與輸入針對(duì)此類高頻噪聲十分敏感。所以，需要在PCB板上使用小型濾波器，可以達(dá)到降低電磁干擾的目的。并且，應(yīng)該結(jié)合具體的狀況，科學(xué)設(shè)計(jì)PCB板，而且利用地線填充信號(hào)線間隙，讓地線和電源平行走線，達(dá)到減小電感的效果。

4.5 構(gòu)建模塊化配電系統(tǒng)模型

建立“系統(tǒng)－流程－算法”的三維矩陣式模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的配電網(wǎng)短路、潮流與線損計(jì)算、無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算等環(huán)節(jié)模塊化軟件化處理，增強(qiáng)實(shí)用價(jià)值，達(dá)到做好配電系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)智能化仿真計(jì)算的目的，形成滿足我國(guó)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的設(shè)計(jì)決策模型，以便確保不同維度數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，進(jìn)一步提高整體的設(shè)計(jì)工作效率。模塊化配電設(shè)計(jì)輔助系統(tǒng)流程如圖2所示。

圖2 模塊化配電設(shè)計(jì)輔助系統(tǒng)流程圖Fig.2 The flow chart of the auxiliary system for modular power distribution design

由于該平臺(tái)擁有可以深度計(jì)算、智能關(guān)聯(lián)以及較高的安全性等特征，便于運(yùn)用配電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中取得的理論成果，不但增強(qiáng)了規(guī)劃設(shè)計(jì)的深度，而且確保了建設(shè)工作的準(zhǔn)確性。此平臺(tái)的矩陣式模塊能夠迅速?gòu)?fù)制到其他同類的系統(tǒng)當(dāng)中，可以達(dá)到推廣和應(yīng)用成果的可復(fù)化功能。對(duì)于配電網(wǎng)保護(hù)整定模塊的過(guò)電流保護(hù)計(jì)算如圖3所示，配電網(wǎng)保護(hù)整定模塊的定時(shí)限過(guò)電流計(jì)算如圖4所示。

圖3 配電網(wǎng)保護(hù)整定模塊的過(guò)電流保護(hù)計(jì)算圖Fig.3 Calculation diagram of overcurrent protection of distribution network protection setting module

圖4 配電網(wǎng)保護(hù)整定模塊的定時(shí)限過(guò)電流計(jì)算圖Fig.4 Calculation diagram of definite time overcurrent of distribution network protection setting module

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于地鐵通訊系統(tǒng)建設(shè)工作而言，盡管已經(jīng)參考了電磁兼容性方面的因素，然而實(shí)際運(yùn)營(yíng)管理的過(guò)程當(dāng)中，依然會(huì)產(chǎn)生電磁干擾的現(xiàn)象。在地鐵線路得以不斷拓展以后，無(wú)論是控制中心，還是換乘站，數(shù)量呈現(xiàn)出不斷增多的形勢(shì)，而相關(guān)通訊設(shè)備容易發(fā)生老化的情況，需要定期進(jìn)行維修，讓設(shè)備出現(xiàn)電磁泄漏的現(xiàn)象，所以，做好地鐵通訊系統(tǒng)電磁干擾的處理工作顯得尤為必要。