浅谈高速铁路信号系统电磁兼容的几个问题-杭州远方光电信息股份有限公司

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浅谈高速铁路信号系统电磁兼容的几个问题

2020-08-18488

 

随着我国铁路运输向高速、高密度、重载方向的飞速发展,高速铁路信号系统对铁路信号设备的安全性、可靠性、可维护性、互换性等方面都有了更高的要求。而今,高速铁路信号系统采用大量的低功耗、高速度、高集成度的电子电路,然而,这些电子电路使得信号设备易受到电磁干扰的威胁。因此要求信号设备应符合电磁兼容性要求。即具备屏蔽和滤波的能力,以抑制自我产生的电磁干扰,同时电磁辐射也不能超过可以接受的向外辐射的水平,以保证任何子系统的运行都不受其他子系统所产生的电磁辐射。 


高速铁路信号系统电磁兼容问题 


电磁兼容指的是设备在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。即:该设备不会由于受到处于同一电磁兼容中其它设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级;它也不会使同一电磁环境中的其它设备(分系统、系统)因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。因此,电磁兼容(EMC) 分为电磁干扰(EMI)与电磁耐受(EMS)两个方面,并且所有电子产品均必须符合电磁兼容的一般规定。因此高速铁路信号系统电磁兼容问题主要包括电磁干扰问题和电磁耐受问题两个方面。

2。1、电磁干扰问题

所谓电磁干扰EMI是指任何能使设备或系统性能降级的电磁现象。主要有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。

高铁信号系统的各个子系统之间基本上都是通过电缆线路把室内室外设备联系起来的,室内室外设备间存在一定的逻辑联锁关系。室内设备通过采集室外设备的状态,经过联锁计算并结合操作人员的指令,产生驱动命令,通过驱动电路对室外设备进行控制,从而确保行车安全和效率。因此信号系统的安全可靠工作关系重大。如果,不对其采取有效的抗干扰措施,后果堪忧。故解决电磁干扰问题意义重大。

2。2、电磁耐受问题

电磁耐受指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。在现代科技快速发展的今天,电磁干扰无处不在,为了保证系统能够安全可靠的运行,通信系统的电磁耐受能力越显重要。由于铁路信号系统处于一个非常复杂的电磁干扰环境中,如果不采取有效的措施,将会对信号系统产生极大的影响,轻者对铁路信号系统的正常运行产生影响,烧毁信号设备,影响运输效率,重者产生错误信号输出,威胁运输安全。因此,除了要加强抗干扰措施,提高信号系统的电磁耐受性迫在眉睫。   


产生电磁兼容问题的原因 


对电磁兼容问题的关注,主要围绕构成干扰的三要素来进行。这三要素是:电磁干扰源、传输路径和敏感设备。 

3.1、电磁干扰源

电磁干扰源实际上是一种电磁能量,它能使共享同一环境的人或其它生物受到伤害,或使其它设备、系统发生电磁危害,导致性能降级或失效。一般说来电磁干扰源分为两大类:自然干扰源与和人为干扰源。其中自然干扰源主要来源于大气层的噪声、地球外层空间的噪声。人为干扰源来自有机电或其他人工装置产生电磁能量干扰,其中一部分是专门用来发射电磁能量的装置,称为有意发射干扰源。另一部分是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射,成为无意发射干扰源。

3。2、耦合途径

耦合途径即传输干扰的通路或媒介。电磁干扰传播途径一般也分为两种:即传导耦合方式和辐射耦合方式。任何电磁干扰的发生都必然存在干扰能量的传输和传输途径(或传输通道)。通常认为电磁干扰传输有两种方式:一种是传导传输方式;另一种是辐射传输方式。因此对于干扰的敏感器,干扰耦合可分为传导耦合和辐射耦合两大类。

在实际工程中,两个设备之间发生干扰通常包含着许多种途径的耦合。正因为多种途径的耦合同时存在,反复交叉耦合,共同产生干扰,才使电磁干扰变得难以控制。

3。3、敏感设备

敏感设备是指当受到电磁干扰源所发出的电磁能量作用时,会受到伤害的人或其它生物,以及会发生电磁危害,导致性能降级或失效的器件、设备。许多器件、设备、系统既是电磁干扰源又是敏感设备。敏感设备是对干扰对象的总称,它可以是一个很小的元件或一个电路板组件,也可以是一个单独的用电设备甚至可以是一个大型系统。

3。4、高速铁路信号系统所受电磁干扰的来源和途径

铁路信号系统处于一个复杂的电磁环境中,既有接口传输线路产生的共模干扰耦合静电放电、工频(50 Hz)磁场产生的电磁干扰、牵引供电系统引起的电磁干扰、10 kV高压产生的各种电磁干扰,还有信号机械室(机房)内因电子设备辐射电磁场效应存在的电磁干扰。干扰源通过耦合作用影响敏感设备正常工作。直接耦合是干扰信号直接经信号传输导线传导至电子设备,影响其正常工作。   


高速铁路信号系统电磁兼容问题的解决方法 


抑制电磁污染的首要措施是找出干扰源;其次是判断干扰侵入的路途,解决电磁兼容问题应从产品的开发阶段开始,并贯穿于整个产品或系统的开发生产全过程,而且越早注意解决电磁兼容问题,越可以节约人力与物力。对于高速铁路信号系统而言,实现信号设备电磁兼容的措施主要包括轨道铁路防止电磁干扰的措施、牵引电流对信号电缆的干扰及采取的措施、机车信号防干预措施以及高速铁路信号防雷及地线要求几个方面。

4.1、 轨道铁路防止电磁干扰的措施 

(1)、选择合适的信号电流频率。牵引电流为50HZ基波和谐波,因此选定的信号电流频率要和他们都不相同,以此来确保轨道铁路正常可靠工作。

(2)、增加适配器,并采用与最大牵引电流相匹配的高容量扼流变压器来改善牵引电流对轨道的干预状况。

(3)、轨道电路受电段继电器线圈并接防护盒,使信号电流衰减很小。

4.2、牵引电流对信号电缆的干扰及采取的措施。

电化区段信号电缆纵向电动势计算公式如下:E=L×W×IK×M×K×λ×Υ标准为60V。

在低频情况下,电缆的屏蔽层采用软磁材料组成的电缆铠装,具有较好的屏蔽效果。

4.3、机车信号防干预措施。

对机车信号的防护措施包括防护干扰和防损坏两方面。

(1)制式选择:对于提速区段,作为行车凭证的列车运行控制系统基础的机车信号应为主题信号,是由车载信号和地面信号设备共同构成的系统,必须符合故障导向安全的原则。在郑徐铁路首先应用的列车控制系统为国际国内最先进设备,具有良好的抗干扰能力。

(2)设备布线及安装方面的防护措施:采用屏蔽线,且屏蔽线段的屏蔽网只允许一段接地或接壳。

(3)对强度较差的接收线圈或信息传感器及其引线进行防护。

(4)接收线圈距离导轮1米左右。

4。4、高速铁路信号防雷及地线要求

为保证信号系统不遭受雷击,而且要尽量做到信号设备的不间断使用,以保证列车正常运行,采用我国自行研制开发的ZPW-2000A技术,可以消除防雷死角,有效防止各种电磁干扰。它是通过将信号楼及区间信号设备接地装置一体化,在区间使用贯通底线,信号机械室防静电地板下设网格地线,并将信号机械室内房间水管、暖气管道与室外所有底线进行等电位连接后接至贯通地线等措施来完成的。  


结论 


只有充分考虑高速铁路信息系统的电磁兼容性,并通过各种技术措施和管理办法消除电磁干扰,提高电磁耐受性,才能真正有效地处理 EMC问题,从而切实确保高速铁路信号系统的安全性、稳定性和可靠性。 



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