近年来我国电气化铁路建设飞速发展,在给交通运输带来了方便快捷的同时,也带来了电磁污染和噪声干扰等问题。由于信息技术的发展,在许多领域如电气化线路、电力牵引特别是交流传动,微电子器件大量用于设备的开环、闭环控制和监视;此外,由于经济的和生态学方而的需要,现代能源技术可保证开发出更加紧凑、能最佳利用资源的设备。这种高电磁负荷、大功率能源设备与低电压、小功率信息装置并存的局面,使得解决电磁兼容性问题变得更加紧迫也更加复杂了。据统计,1989年德国电力系统故障的28.7%是由电磁干扰引起的。
电气化铁路电磁兼容包含两个方面:首先,电气化铁路系统自身包含许多数字化子系统,因此高电压子系统可能会对低电压子系统产生电磁干扰。众所周知,铁路信号与列车的安全、有效运行密切相关。保证这两个系统之间的电磁兼容是很重要的;其次,电气化铁路也会对移动通信系统和其他灵敏度高的数字系统产生影响,例如对空情报雷达接收机的灵敏度高,微弱的电磁干扰也可能对雷达造成较大的影响。而且,电气化铁路对铁路职工的健康是否存在影响也是目前研究的课题之一。
一、电气化铁路产生电磁干扰的分类
电气化铁路产生的电磁干扰主要可分
脉冲干扰是由于脉冲器件产生的强电磁场耦合进入信道所致:例如开关电源时产生的60Hz-2MHz的干扰CONTROL ENGINEERING China版权所有,以及闪电产生的2KHz-100MHz的脉冲噪声。交流声干扰主要是由于地线系统设计不合理,不同接地点间存在电位差,使得地电流形成回路所造成的;高压输电线路和交流电气化铁路会引起交流声干扰,如交流电气化铁路产生的干扰除50Hz基频外,还有(2N+1)×50Hz等奇次谐波通过辐射方式干扰该频段内的通讯设备。射频电磁辐射包括无线电广播、电视、微波通信等各种射频设备的辐射,频率范围宽广,影响区域也较大。
电气化铁路的干扰源主要分为固定干扰源和流动干扰源。固定干扰源包括线路放电和牵引变电所设备,流动干扰源包括机车内部设备和受电弓与导线的接触点。
表1 干扰源分类
在固定干扰源中,牵引变电所设备在我国并不造成严重的干扰。而线路放电属于线路故障,发现后经过处理,是可以排除的。在流动干扰源中
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,电力机车本身所产生的干扰,由于受到机车金属壳体的屏蔽或者受到机车内部电力配线及辅助电路上的部件所呈现的阻抗衰减和旁路,所以一般不予考虑。受电弓在接触网的导线上滑动离线所产生的无线电噪声不仅是电气化铁路电磁干扰的最严重的根源,也是影响其强弱的因素最多的干扰源。表1是根据电磁干扰产生的方式,对干扰源所作的分类。二、 电气化铁路形成电磁干扰的机理
电气化线路、特别是交流电气化线路是一个很重要的电磁干扰源
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,铁路部门应尽可能减少强电设备如牵引变电所、接触网、机车车辆、回流导线等产生的干扰。众所周知,电气化线路的供电系统由一个架空线和至少两个不同的回线,即轨道和地层组成
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,从而形成两个电路:变电所到接触网,并经过机车车辆或短路线路到轨道;从轨道通过漏导到地层。这两个电路整个都存在传导耦合;如果是交流电气化线路的话,还有电感性耦合。
从牵引变电所送到接触网的电流,在负载点通过机车流入轨道,并分为两部分:一部分流入钢轨,另一部分渗入土壤,然后回到牵引变电所。第二部分电流与机车位置有关。由于牵引电流的存在,在机车和牵引变电所范围内,产生一个轨道对地面电压降
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,称为轨道电位。如果轨道电位在规定的牵引电流值下达到或超过极限值CONTROL ENGINEERING China版权所有,可能在系统中引起不允许的干扰现象。为此,必须采取措施降低轨道电位,如选择合适的枕木类型以减少单位长度漏电导,紧固件底座、钢轨导槽板和地板选择绝缘材料。在轨道电位较高的情况下,要采取措施防止出现不能允许的干扰,如采用带状接地棒CONTROL ENGINEERING China版权所有,甚至设置附加的回流线路。对于铁路运输来说,信号关系到列车的安全和有效运营。由于它与电气化线路的强电设备处于相同的电磁环境中,因此保证两者之间的电磁兼容十分重要。电气化线路与相邻的信号系统之间,可能存在两种耦合途径,引起电磁干扰。
第一种是回流对轨道电路的干扰。
机车的回流或者信号系统的回流,都是把轨道作为导体使用,从而引起两者之间的电导性耦合。采用轨道电路的线路空闲显示系统,就属于这种情况。采用这种技术CONTROL ENGINEERING China版权所有,一个主要的要求是一条轨道的两根钢轨相互要有足够的绝缘。此外,在接触网所在的区域内,所有不带电的结构部件都必须与轨道一道接地。如果这些部件具有很小的接地传送电阻,可能使两条钢轨之间的回路负载不均匀,导致轨道电路错误地转入占用状态,而在这个区域段中其实并没有列车存在。
不仅牵引电流的基波可能引起干扰,而且现代机车车辆传动控制产生的高达几千赫兹的谐波中控制工程网版权所有,如果有一种谐波的频率与轨道电路的工作频率相同,且其电平超过规定的数值CONTROL ENGINEERING China版权所有,那么它对轨道电路的干扰是可以想象得到的。但是这只在