计算机联锁控制台黑屏故障的分析

王元国 北京交通大学电气工程学院

1 故障情况

2009年6月18日，徐州北上到场计算机联锁控制台上位A机前、后台显示器出现黑屏现象。处理人员甩开该机视频分配器，然后将室内视频延长视频线与前台显示器视屏线对接，前台显示器出现站场显示，但画面闪烁严重。通过在微机室内直接为该上位机接显示器的方法检查时显示正常。据此可知，故障可能原因一是视频信号衰减严重，二是混入了干扰电流。于是我们先后采取了更换视屏分配器和甩地线的方法进行了处理，当甩开控制台地线后设备恢复正常。此类现象在电气化区段的计算机联锁车站出现较多，尤其是在雷雨季节非常突出，并且显示界面抖动程度会随着雷声的消失而逐渐减弱、消失，对此大多可以采用甩开地线的方法进行处理。

2 原因分析

2.1 地线电流干扰

由故障处理过程可知，控制台视频信号受到了地线电流干扰，也就是通常所说的显示器电源不干净。究其根源，地环路干扰是主要原因。

地环路干扰是指不在同一位置且采用不同地线的几个系统，在对接互连时所显现出来的一种干扰。这种现象常常发生在通过较长电缆连接的相距较远的设备之间，其产生的内在原因是存在地环路电流。

图1所示为典型的地环路干扰形成原理图，下面我们来详细介绍一下地环路电流形成的原因。

图1 地环路干扰形成原理图

原因1：A、B两地地电位不同，形成地电压VG，在其驱动下形成了"A-设备1-互联电缆 -设备2-B-地-A"环形电流回路。由于电路的不平衡性，每根导线上的电流不同，因此会产生差模电压，对电路造成干扰。由于其它功率较大的设备（如设备1）地线也与此环路相连，在地线中引起较强电流，而地线又有较大阻抗因此产生地线电压VG。

原因2：由于互联设备处在较强的电磁场中，电磁场在"设备1- 互联电缆 -设备2-地 "形成的环路中感应出环路电流，与原因1的过程一样导致干扰。

下面我们针对本站的具体情况来分析故障出现原因，图2所示为设备故障处理前的铁路行车室控制台及微机室设备地线连接简图。

其中①②③④⑤⑥意义如下：

①控制台安全地线，连接控制台和信号楼水平接地体；

②控制台与控制台地线汇集排的连接线；

图2 行车室信号设备接地图

③④显示器、视屏分配器等电源地线；

⑤信号楼微机室与控制台间的连接地线（通常取自控制台电源护套线）；

⑥计算机联锁设备的信号地，连接微机室地线汇集排与信号楼地下环形接地体。

由图2可知，地线①、②、⑤、⑥控制台地线汇集排和信号楼地下水平接地体共同组成了一个封闭的地线环路，这为地环路电流的产生提供了条件。另外，以下几个方面也是造成地环路电流产生的原因。

（1）信号楼地下环形接地体并非严格意义上的等电位体，也存在阻抗，况且其长度远大于宽度（长度约90 m），其阻抗较高。当水平接地体上有电流流过时就会造成①、⑥间有电位差。

（2）信号设备与钢轨连接紧密，干扰电流易于侵入。

一是易受雷击影响。在漫长的铁道线上，钢轨处于野外很容易受到直击雷或感应雷的影响，并在钢轨中形成强电流，该电流会通过信号设备或贯通地线流经信号楼水平接地体从而造成①、⑥间有电位差。

二是受电气化铁路影响大。电气化铁路电力机车功率巨大，如国产SS4型电力机车功率6400 kW，工作电流高，该电流返回路线有两条，一条沿钢轨、回流线返回牵引变电所，另一条以大地为回路返回，这两种方式一定程度上都会在信号设备及贯通地线中形成电流，进而影响到①、⑥间的电位不平衡。

图3 故障设备信号楼内的设备平面布置图

2.2 电磁兼容不合理

图3为故障设备信号楼内的设备平面布置图，此种布置在铁路既有线信号楼比较常见。据图可知，该信号楼内电源屏、继电设备、微机设备强弱电混杂，尤其是具有强电设备的电源屏室处于行车室和微机室之间，造成从微机室到行车室的低压传输线缆必须经过强电干扰区，难免受到电磁污染。同时强弱电混杂，给综合布线带来困难，强弱电线缆不得不同槽摆放，这使得低压微机设备长期受到强电线缆的电磁辐射和电磁耦合干扰，而加快了电子元器件损坏速度。

3 解决措施

3.1 将一端的设备浮地

如上文所述，将连接地线②拆除，控制台显示器等设备就处于浮地状态。这样做的目的是切断地环路，消除地环路电流。而控制台显示器、分频器仍可以通过地线⑤、⑥可靠接地。

3.2 使用隔离变压器切断地线电流环路

控制台电源在室内采用隔离变压器进行隔离，进而切断地环路电流。但要注意，变压器初次级之间的寄生电容仍然能够为频率较高的地环路电流提供通路，因此变压器隔离的方法对高频地环路电流的抑制效果较差。

3.3 使用共模扼流圈

在视频连接电缆上使用共模扼流圈相当于增加了地环路的阻抗，这样在一定的地线电压作用下，地环路电流会减小。但要注意控制共模扼流圈的寄生电容，否则对高频干扰的隔离效果很差。共模扼流圈的匝数越多，则寄生电容越大，高频隔离的效果越差。

3.4 改变信号楼内信号设备摆放布局

如图4所示，如果将电源室移到信号楼的尾部，将微机室移到行车室附近就可以减少强电设备对弱电设备的干扰，解决信号楼内综合布线的难题。此方案可作为新建信号楼室内设备布局的参考。

图4 将电源室移到信号楼的尾部，将微机室移到行车室附近示意

4 结束语

在电气化铁路复杂的电磁环境下，要做到信号楼微机设备完全不受干扰非常困难，抑制地线电流干扰也只是铁路信号楼综合防雷接地系统的一个方面。本文目的在于探讨一些解决此类问题的方法，提供一种思路，以期能有助于铁路信号计算机设备的维护。