牵引供电系统对铁路信号系统的电磁干扰研究

摘 要：铁路系统是我国重要的交通运输体系，而铁路系统运行的安全与稳定非常重要，铁路运行需要使用牵引供电系统，而牵引供电系统会对铁路信号系统产生电磁干扰，影响铁路安全运行，本文因而对此加以探讨，首先分析铁路信号系统的电磁干扰，进而讨论牵引供电系统电磁干扰的方式，分析铁路信号系统抗干扰措施。

关键词：牵引供电系统；铁路信号系统；电磁干扰

中图分类号：U228 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）12-0117-02

前 言

我国铁路系统由于信息技术与计算机技术而得以高速发展，铁路信号系统也起到了愈发重要的作用，而铁路信号系统中采用的大量电子元件，比较容易受到牵引供电系统的影响与干扰，导致铁路信号系统的正常运行受到影响，有可能导致铁路系統运行的安全性与平稳性问题，因此对于牵引供电系统对铁路信号系统的电磁干扰进行研究是极为必要的。

1 铁路信号的电磁干扰

铁路运行的过程中，需要铁路信号系统的调度与指挥，以确保铁路运行的平稳与安全，而铁路信号系统的相关设备包括控制设备、电源系统、信号传输设备、道岔转辙设备及相关线路等。在实际的信号传输过程中，铁路信号具有局部封闭、驼峰信号与车站联锁等特点。其中，局部封闭是出于确保铁路机车行驶的安全性的需要，对某些行驶了机车的路段进行封闭，以避免有可能产生的机车追尾等事故；驼峰信号是在机车运输时，将其目的地作为目标来明确该线路沿线的编组站，以便于对机车进行编组与解体等；车辆联锁与局部封闭相同，都是为了保证机车的行驶安全，将轨道电路、信号机、道岔装置等相互联系，建立控制制约关系，以避免机车行驶事故的产生。

铁路信号产生的电磁干扰，会导致铁路系统与设备正常运行受到影响，导致铁路系统与铁路设备性能下降的问题。铁路牵引供电系统会对铁路信号产生干扰信号，分别为电磁辐射性信息号与传导性信号。电磁辐射性信号的产生，是由于铁路牵引电流与供电系统设备的共同作用下产生的电磁辐射，而传导性信号则因为不平衡的牵引电流导致信号干扰。

2 牵引供电系统电磁干扰的方式

2.1 电火花脉冲与谐波干扰

一般来说，大功率电子开关会导致控制系统的使用过程中的开关控制，而通常铁路机车的相关控制会使用斩波器，并且由此产生斩波分段电流，其自身的工作效率非常高，这种情况下，如果其所产生的电流较大，通过斩波器进行电流分割，会产生大量的谐波。而电流在突然被斩断或者突然发生剧变时，瞬时电流会发生很大变化，并导致电火花的产生，造成的电磁干扰较为严重，这种情况被称作电火花脉冲。一般来说，如果轨道信号错误传输或者异常传输，很大可能性就是由于这种电磁干扰的影响[1]（见图2）。

2.2 辐射与电磁感应干扰

电磁干扰与辐射干扰的主要方面，就是闭塞设备与传输通道联锁计算机。接触网产生一定的电磁场，辐射产生时会使得电磁场产生一定的感应电动势，对传输信道内的信号传输质量产生影响。信号传输过程中，由于牵引电流的剧烈变化对信号传输产生影响，会导致信号的错误输出。而电磁感应干扰产生的电力磁场，会对信号频率造成影响，最终导致信号频率发生变化，影响铁路信号频率对接。

2.3 铁路运行干扰

铁路机车的运行过程中，信号系统会产生一定的干扰电流，对轨道的正常运行产生不必要的干扰。而电网中的电流波动会对控制信号产生影响，导致信号继电器发生错误，而这种干扰的危险性较高，对信号继电器产生影响的同时，也会干扰轨道电路，对铁路的运行安全产生干扰。

2.4 电流回流时的传导性干扰

铁路信号传输的主要方式就是电磁干扰，出于提高数据传输便利性与快捷性的考量，通常会在轨道与钢轨条电路之间安设扼流变压器，并在扼流变压器上安装相应的信号传输设备。从理论上讲，变压器中的牵引电流并不会产生磁通量，就不会对信号设备产生不必要的影响，但实际情况下，两轨之间产生不同的牵引电流会导致磁通量的产生，会对铁路轨道的某些元件产生干扰电压的现象，导致装置无法正常运行，有可能产生电路烧毁的情况，因此在实际的设计过程中，应当对变压器的电容量进行充分考量。

3 铁路信号系统抗电磁干扰策略

3.1 合理选择相应设备

对抗牵引供电系统对铁路信号系统的电磁干扰，首先就需要合理选择适合使用的设备。比如：在牵引变电所装配并联电容补偿装置，可以有效实现功率因数的改善，减少谐波干扰问题，并且起到滤波效果；使用同轴电缆、BT或者AT供电模式，可以有效减少接触网感应电流所带来的影响，进而使供电线路更加对称，并且可以将牵引电流借由外导体、正馈线与回流线向牵引变电所进行回流；选择合适的机车，或者在机车上安装滤波与并联补偿电容装置，设置电力机车变压器与三次及五次的独立支路，以有效实现对三次谐波与五次谐波的有效滤波，并且实现对功率因数的改善[2]（见图3）。

3.2 对电磁信号体系加以平衡

合理选择相应的工程方案与工程设备对于牵引供电系统及铁路信号系统的建设是极为重要。而对于回流线的处理，其目的在于确保回流供电过程中可以通过直流供电的方式实现。例如，出于提高供电回路对称性的考量，通常会采用假设空间回流线的方式，确保电流回流得以开展。铁路信号系统工程的整体施工，需要确保电磁系统设计平衡性，并且对电流补偿的问题做好相应处理，牵引供电系统设计中，平衡设计是极为重要的，通过平衡设计来避免信号对接的过程中产生的频率紊乱问题。整体设计中的电流补偿可以减少牵引供电系统受到电磁干扰的影响，进一步提高电力供应的效率。

3.3 对系统设计加以优化

3.3.1 禁止使用电缆钢带取代地线

为了保证工程质量合格，在工程设计时，可以采用合理的设计方法来减少牵引供电系统对于铁路信号系统的电磁干扰。首先，许多技术人员在实际的施工中，出于减少工作量，提高工作效率的考量，可能会用电缆保护套连接贯通地线与支线电缆，而这种施工方法会导致一旦钢带遭受雷击，则直接会导致支线电缆被击毁；在接触网毁坏的情况下，电流经过电缆护套流入地下，会导致电缆的腐蚀与损毁。因而为了避免高电流与贯通线接地的位置经过钢带，在设计时尽量不适用电缆钢带来取代贯通地线或者连接贯通地线。

3.3.2 严格规范工程施工细节

通过光缆接通计算机联锁系统的微机通信，可以有效提高系统的抗雷击性能与抗干扰性能，进而保证系统运行的稳定性。在铁路信号系统运行的过程中，许多很小的问题也会正常运行的信息设备产生影响，因而要对这些细小问题加以处理，在信号设计时严格按照相关设计规范进行设计，对细节问题给予充分的重视，比如屏蔽网剥除的长度、垫片问题、螺丝松紧、轨道眼径误差等问题，都会影响正常施工的顺利进行，为此在工程设计与规划的阶段，就需要对各项工艺加以明确，并在施工时对施工工艺进行严格要求，必须加强箱合引接线与钢轨连接线等。

3.3.3 使电阻与相敏轨道电路接收端串联

电压超标情况下，相敏轨道电路的继电器一端会受到干扰，导致继电器产生错误操作。针对这一问题，应当在相敏轨道电路接收端与电阻串联，提高输送功率至25Hz，以满足收送端锻压标准的实际要求，确保室外变压器端子的正常运行与工作，同时确保极性交叉的正确性，确保多区域受电端电压平衡性。出于避免低电位上升影响计算机逻辑的需要，可以采用悬浮技术来避免线缆屏蔽网与地线相互接触，同时可以悬浮联锁微机，并对电缆屏蔽网与法拉第电笼进行双重屏障。为了防止不平衡的牵引电流对轨道电路产生影响，应当确保扼流箱与扼流箱中点的连接线端子之间有良好接触，避免钢轨连接线使用过程中出现质量问题。采用截面超过50mm2的多股铜线与轨道端点进行焊接作为连接线，以减小牵引电流纵向不平衡系数[3]。

4 结 语

铁路信号系统的正常运行会受到电磁干扰的影响，为了规避这种影响，需要首先对信号系统受到的影响来源进行分析，进而从信号设计的角度采取合理的方法加以规避，首先需要合理选择相应设备设施，进而有效平衡电磁信号体系，从系统设计的角度加以优化，以减少电磁干扰问题。

参考文献

[1]任春华.电磁干扰对铁路信号的影响研究[J].工程建设与设计，2016（2）：82～84.

[2]马宝丰.牵引供电系统的铁路信号系统电磁干扰探讨[J].现代工业经济和信息化，2014，4（15）：57～59.

[3]李玉超.牵引供电系统对铁路信号的电磁干扰及优化[J].通讯世界，2017（14）：231～232.

收稿日期：2018-4-10

作者简介：郑媛婧（1991-），女，助理工程師，本科，主要从事铁路信号设计工作。

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