铁路信号强电磁干扰抑制技术的研究

摘 要：电气化铁路高速发展，铁路信号系统采用了越来越多的精密设备，对抑制强电磁干扰的要求日渐提高。文章介绍了铁路信号系统中主要的强电磁干扰类型，以及目前实际设计施工中主要采取的抑制电磁干扰的措施。

关键词：铁路信号；电磁干扰；电气化

引言

随着铁路技术的不断发展，微电子、计算机等先进技术陆续被运用到了铁路信号系统中来。在现如今的电气化铁路系统中，电磁干扰对信号电缆、联锁电码化元件等铁路信号设备的正常运行造成了巨大的威胁，为铁路运输行车安全带来了隐患，危害着铁路职工和人民群众的生命财产安全。铁路信号系统属于弱电系统，对干扰较为敏感，所以提高系统自身的抗干扰能力是保证铁路信号系统正常运行的重要课题。

1 强电磁干扰

电磁干扰（Electromagnetic Interference）：即由电磁骚扰所引起的设备元件、传输通道或系统性能的下降。电磁骚扰（Electromagnetic Disturbance）则是指任何会引起设备或系统降低或者对物质产生损害作用的电磁现象，由于其客观存在性，敏感设备只有在被其影响以至不能正常工作时才构成干扰。其传播途径有两条，一是通过空间的辐射，即辐射发射；二是通过连接的导线传导，即传导发射。对铁路信号系统造成的电磁干扰中，主要有雷电电磁干扰和电气化牵引供电系统干扰这两方面。

1.1 雷电电磁干扰

雷电是大气放电所产生，由两种带异电荷的雷云接近时而产生的强烈放电现象。由于雷云一般情况下距离地面较远，所以异种电荷云层放电对地面上的铁路信号系统影响较小。而雷击作为云层对大地的放电现象，对铁路信号设备的影响非常大。通常把雷击分为直击雷、感应雷两种主要形式。

直击雷指的是放电直接击中铁路信号系统，它的危害极大，一般会造成设备损坏和人员伤亡等后果。由于站场内铁路信号设备一般集中在信号机械室附近，所以安装避雷针可以有效的防御直击雷。然而随着信号设备的精密度越来越高，避雷针的作用已经远远不够。信号防雷设计中机械室一般采用法拉第笼的方式避免直击雷，即将建筑内的钢筋全部焊接为一体，实现等电位连接，这样整个建筑在电气上是连通的，可以有效的防护直击雷。

感应雷指的是放电并未直接击中铁路信号系统，而是在其放电过程中产生巨大的磁场变化，使附近导体中产生强大的电磁脉冲。电磁脉冲会在沿着导体传导的过程中损害电路中灵敏的元器件，由于现代信号系统中电器元件集成度很高，所以感应雷所产生的电磁脉冲会对铁路信号系统的核心部分造成不可低估的损害。

1.2 电气化牵引供电系统干扰

我国的电气化铁路供电系统一般由接触网和牵引变电所构成，供电方式采用带回流的直供方式和自耦变压器（AT）供电方式。这些供电方式决定了其干扰信号主要为牵引传导性干扰和牵引电磁干扰。

传导性干扰由传导电流产生，牵引电流通过机车、钢轨至大地的传输耦合途径，使钢轨中的平衡电流、大地中的地中回流和大地迷流对信号设备造成了干扰。铁路信号系统中，在钢轨绝缘处安装了扼流变压器，将信号设备于钢轨连接起来。由于实际使用中电流在两条钢轨中并不相等，就会由于牵引电流不平衡产生干扰电压，成为烧毁电路元器件的主要原因。

牵引电磁干扰是由于铁路沿线强电线的电磁影响，在信号电缆上会产生了感应电动势，导致线路信号传输质量下降，严重的甚至会造成信号电缆绝缘层被击穿，危及行车安全。屏蔽作为电磁兼容控制的重要手段，可以有效地抑制电磁干扰。按规定屏蔽电缆的屏蔽层只有在接地以后才能起到屏蔽的效果。因此合理地选择金属护套接地方式是信号电缆屏蔽外界电磁场、减小电磁干扰，保证电缆线路正常工作的基础。

2 强电磁干扰抑制技术

2.1 屏蔽技术

屏蔽技术主要是通过切断辐射骚扰传输途径的方法来对电磁干扰进行抑制。具体做法是利用金属或磁性材料把容易受到干扰的区域包围起来，使屏蔽体内外相互隔离。屏蔽技术分为两种：一种是静电屏蔽，主要用于防止静电场和恒定磁场的影响；另一种是电磁屏蔽，主要用于防止交变电场、交变磁场以及交变电磁场的影响。电场屏蔽的必要条件是金属体和接地。高电导率、低磁导率的金属材料只适合高频磁场和低频电场的屏蔽，低频磁场只能采用高磁导率的铁磁性材料来屏蔽。

2.2 滤波技术

滤波技术主要是通过滤波器对无用的频率传输进行抑制。滤波器是一个频率选择性二端口网络，插入损耗是滤波器最重要的特性参数，可以决定各种频率通过滤波器时的衰减程度。通过插入损耗值进行分类，可以将滤波器分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）和带阻滤波器（BSF），电磁干扰大部分为低通滤波器。而通过通带大小进行分类，可以将滤波器分为宽带滤波器和窄带滤波器，电磁干扰大部分为窄带滤波器。

2.3 接地技术

接地技术可以提供一个等电位，其保护地线应该与真正的大地相连，大部分时候接地与设备屏蔽是相结合的，我们将这种地线称作工作地线。对于信号电缆，当长度不是很长时，可以单点接地，并在不接地的一端应加装保护器。在铁路沿线埋设的电务和通信电缆，为了屏蔽牵引电流和外界干扰，其电缆金属屏蔽层或金属护套双端接地。

3 结束语

铁路的发展已经进入了新的时代，随着行车速度的不断提高，对铁路信号安全的要求也达到了前所未有的新高度。信号系统地稳定运行，对抑制强电磁干扰的技术也提出了更严格的要求。我国地大物博，铁路线路跨度很大，自然环境复杂多变，现有的技术还不能完美地解决强电磁干扰问题，需要在现有技术的基础上，进行升级创新，推进铁路信号系统的安全发展。

参考文献

[1]李制军.浅议电气化铁路牵引供电对铁路信号设备的影响[J].西铁科技，2009（1）.

[2]李化，林福吕.输电线路雷击感应过电压计算及闪络分析[J].高压电技术，2003（6）.

[3]李邦协，尹海霞.电磁兼容标准的国内外概况[J].电动工具，2004（4）.

[4]陈晶晶，马德明.高速铁路常用供电方式接地回流研究[J].铁道技术监督，2007（10）.

[5]姜贺彬.牵引供电系统对铁路信号系统的电磁干扰分析[D].成都：西南交通大学，2009.

[6]梁凯平.广州地铁车载故障诊断系统电磁兼容研究[D].北京：北京交通大学，2012.