浅析高速铁路对智能小区的电磁干扰

摘 要 随着高速铁路现代化进程的加快，高速铁路对其附近智能小区的电磁兼容问题越来越受到人们的重视，针对这种电磁兼容问题，本文从两个方面阐述了怎样减少或消除高速铁路对智能小区的电磁干扰问题。

关键词 高速铁路 智能小区 电磁干扰

引言

当高速铁路产生电磁影响时，为了改善影响方与被影响方兼容共存条件，必须采取防护措施，以避免或减少双方的相互影响。由于目前一些高速铁路是在既有铁路上改建而成，因此不存在选择高速铁路路径的避让条件，而交流电气化铁路通过城市时有可能对铁路沿线的智能小区产生电磁干扰，就更加突出了采取防护措施的重要性。

1 高速铁路对智能小区的电磁干扰

高速铁路具有牵引功率大、效率高和环境污染小等诸多优越性，是铁路牵引动力现代化的主要方向。我国电气化铁道采用工频交流制供电，接触网额定工作电压为25kV，电力牵引采用直供、AT和BT三种供电方式，牵引电流不同程度地要以钢轨（大地）为回路。在列车运行中接触网导线与机车受电弓因电火花脉冲而引起的无线电干扰会对周围电磁环境产生严重的电磁干扰（EMI）。尤其随着传感器技术的成熟，各种探测器（如红外侵入探测器和被动红外/微波双技术探测器、感烟探测器、玻璃破碎探测器等）被应用在智能小区的建设中，这些探测器再通过家庭无线局域网发射信号至家庭智能控制系统，再由公共电话网发送信息至户主。这些智能小区中的电气、电子设备极易受到外部电磁干扰的影响，可能出现运行紊乱、检测失误等而无法正常工作，严重时还会危及设备与人员安全。电气化铁路对智能小区的干扰问题或电磁兼容性（EMC）问题日益突出。

电磁干扰的传输途径主要有通过传输线路和空间辐射两种方式。对于智能小区的影响可以按照以下形式来讨论。①牵引供电系统的放电火花脉冲产生的高频电磁波辐射②阻性耦合导致电位升的影响。任何电磁干扰的形成都要具备三个基本要素：干扰源、敏感源和耦合途径，称为电磁干扰形成三要素，缺一不可。电磁干扰抑制技术的研究由此出发，即设法破坏或削弱其中一个或两个要素的影响。

2 牵引供电系统的放电火花脉冲产生的高频电磁波辐射及其防护

2.1 牵引供电系统的放电火花脉冲产生的高频电磁波辐射

高速铁路接触网导线与机车受电弓因电火花脉冲而引起的无线电干扰，不是一个恒定的值，它与机车的运行速度、牵引负荷的大小、接触导线的新旧程度及清洁与否、以及受电弓的材质及其磨损情况、弓子弹簧的张力、气候等诸因素有关，因此它是一个随机量（如图1）。

防护机理上可以分为两大类：一类是力图消除干扰源，以减少产生电脉冲的数量或频度，或降低电脉冲干扰幅度；另一类是以增加干扰的损耗和加大对干扰的屏蔽效果等手段来控制干扰波的传输通道，以缩小其传播和影响的范围；除此之外还应对无线系统作进一步的改进。

2.2 高速铁路弓网性能的改进：提高接触网质量，降低电磁辐射

根据郑武线准高速不同区间干扰试验表明，电气化铁路脉冲型无线电干扰绝大多数产生于定位点处。因为定位点是集中负荷点，该点在一个跨距内弹性最低.是造成接触网弹性不均匀的重要因素。如能增大接触导线的张力，或采用弹性定位器，则可提高接触网弹性均匀程度，减小接触导线弹性差异系数，减少定位点处脉冲干扰发生几率。郑武线试验段接触导线和承力索张力均为15kN，接触导线为银铜合金；非试验段接触导线张力l0kN，铜线，承力索张力20kN。实测表明，由于试验段接触网质量提高，机车运行产生的无线电干扰与非试验段相比降幅较大，约为7dB。较差的接触网.几乎每个定位点处都会产生脉冲干扰；质量较好的接触网，许多个连续定位点也不产生一个脉冲，从而可大大降低整体电磁辐射水平。大量实测还说明，受电弓滑板材质、线路平直程度对干扰的大小也有一定作用，但接触网性能指标的改变对电磁辐射强弱的影响最大。

2.3 在高速铁路穿越城市的区域可以采用屏蔽导线阵列拟制干扰电波

对于高速铁路产生的无线电干扰，采用各种屏蔽手段来控制其传输通道，能起到良好效果。由金属导线平行排列组成的屏蔽导线阵列是屏蔽措施的实用方法。它是利用阵列中的每根导线的反射及感应到的干扰电流互相进行矢量叠加使其抵消，从而干扰场强得以降低并获得屏蔽效果。

根据京—秦线某复线区段对比性实验，即在架设屏蔽导线阵列的一侧及没有架设的另一侧，利用相同的干扰场强测试仪同时测量同一辆电力机车通过测试点正前方时所产生的噪声的最大值。实验表明架设屏蔽导线阵列在超短波段有一定的屏蔽效果，随着导线阵列线间距离的减小，其屏蔽效果变好。如在靠近职能小区的铁路沿线架设屏蔽导线阵列，将屏蔽一部分高速铁路产生的无线电干扰。

2.4 无线系统自身的改进

在靠近高速铁路线的智能小区无线设备严格选用电磁兼容性能符合CISPR标准及国家标准的电子、电气设备。无线网的工作频率符合IEEE802.11b标准要求。

无线局域网采用扩频通信系统，扩频通信扩展的频谱越宽，处理增益越高，抗干扰能力就越强。简单地说，如果信号频谱展宽10倍，那么干扰方面需要在更宽的频带上去进行干扰，分散了干扰功率，从而在总功率不变的条件下，其干扰强度只有原来的1/10。另外，由于接收端采用扩频码序列进行相关检测，空中即使有同类信号进行干扰，如果不能检测出有用信号的码序列，干扰也起不了太大作用，因此扩频通信能够提高抗干扰性能强。

3 阻性耦合导致电位升的影响及防护措施

3.1 阻性耦合导致电位升的影响

阻性耦合影响也称入地电流影响。我国交流电气化铁道的供电系统是以接触网为电流去线，以钢轨—大地为电流回线的单相不对称供电线路。当接触网电流经钢轨回流，尤其在接触网发生短路故障时，将会有很大的电流沿钢轨漏泄入地（如图2）。在入地电流点或牵引变电所周围相对于远处的大地之间会产生电位差。这种地电位的变化，有可能反窜到智能小区设备中，影响设备的各种地线电位，影响设备的可靠工作。

3.2 对地电位升的防护

对地电位升的防护有隔离和远离接地等技术。隔离实质是将设备的地线系统与大地隔离，隔离方法有两种：一种是用变压器隔离；另一种采用光电隔离技术.这两种方法要求设备单独供电，并且要进行良好的屏蔽。远离接地是基于离钢轨越远处、地电位升越小的原理。根据大秦线测试数据，距离为500 m以上时，则地电位的变化很小。因此可将智能小区设备地线的接地点设置在离铁路较远处，并用绝缘导线引至设备工作地点。接地系统应当做到：①以尽可能短的接地路径建立一个对有关装置都是等电位的接地导线系统。②不构成接地环路。③避免电源零线引入干扰。

4 结论与建议

随着高速铁路现代化进程的加快，高速铁路对其附近智能小区的电磁兼容问题越来越受到人们的重视。只要防护措施得当，将能大大减小电气化铁路对智能小区的干扰。高速电气化铁路的出现为电磁兼容领域的科研、技术人员提出了新的挑战，有待于进一步测量和深入研究，从而制定全面的、明确的标准和规范。

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