牵引供电系统对铁路信号系统的电磁干扰分析

任 韬

（中国联合工程有限公司，北京100071）

0 引 言

随着信息技术在当今社会的不断发展，大量高科技信息产品和技术已被广泛应用于铁路信号系统，在保证铁路信号系统健康高速运转，满足人们日常列车出行方面发挥着重要作用。铁路信号设备的组成异常复杂，涉及大量的电子元件，且信号系统在运行过程中极易受到牵引供电系统的电磁干扰。铁路信号系统的抗干扰研究受到越来越多人的关注与重视，有效避免电磁干扰对铁路信号造成的影响，需要结合信号系统的构成，充分挖掘供电系统产生干扰信号的原因，并结合信号系统出现的各种实际故障，优化和调整现有的抗干扰措施，力求进一步增强牵引供电系统的抗干扰能力。

1 牵引供电系统电磁干扰入侵铁路信号系统的途径

电磁干扰指的是一种电磁现象，可通过对电力设备的电子信号的干扰，影响设备的正常使用。根据传播介质的不同，电磁干扰可分为辐射干扰与传导干扰两种形式。其中，辐射干扰是通过空间对干扰源进行信息传输，在传输过程中，借助辐射介质将干扰源以电磁波的方式传播到另一个电网络。在铁路信号系统中，各种信号线、接插元件都有可能成为干扰源的辐射介质，因而铁路信号系统极易受到辐射干扰，影响整个系统的正常运作。传导干扰则是通过导电介质传播干扰电网络[1]。在铁路信号系统正常运转过程中，由于机电或其他人工装置在工作中附带产生的电磁能量干扰无法避免，干扰源会通过系统中的各种导电介质，将干扰源从一个电网传输到另一个电网，影响设备正常功能的发挥。由于铁路信号系统的各种电阻、电容等电子元器件数量较多，传导干扰已成为铁路信号系统中常见而又无法杜绝的一种干扰方式。

2 牵引供电系统对铁路信号系统的干扰形式

2.1 电磁感应与辐射干扰

当电力机车从线路通过时，牵引电流流经接触网，由于此时的牵引电流是工频单向交流电，会使接触网周围产生交变电磁场，以辐射或耦合的形式使周围通信线路产生电磁交链，导致通信线路产生沿着导线纵方向的电磁电动势。若通信线路与接触网距离较近，纵电动势会对信号产生干扰，甚至引发各种危险事故。一般情况下，电磁感应在距离传输通道100 m左右时，便会对通信线路产生影响。牵引电流会随着时间的变化而产生波动，除在通信线路中产生纵电动势外，还会在整流电流的过程中出现大量高次谐波，产生谐波感应电压，即通常所说的杂音，并且随着牵引电流的增大，纵向电动势和杂音电压也会随之增大，进而影响到铁路信号系统的正常运转。

2.2 电流回流时引起的传导性干扰

铁路信号系统是利用扼流变压器将牵引回流与轨道电路系统沟通，实现信号的高效传输。然而，在实际运行过程中，牵引电流流经与两根钢轨相连的两个牵引线圈时的电流并不相等，且扼流变压器难以对这种不平衡电流进行及时调节，进而由于电流的不平衡产生电磁干扰和杂音干扰，影响通信线路的信号传输质量。此外，两根钢轨内的不平衡电流如果瞬间增大，超出正常范围，或由于接触网放电、扼流变压器设计容量较小以及回流径路设计不合理等原因引起总牵引回流超标，会导致钢轨连接的各种设备因电流过大烧毁损坏，给企业造成巨大的经济损失。

2.3 电力机车的感应性干扰

流经钢轨的电流的大小随着电力机车的位置和电力机车用电量的变化而不断改变。电力机车在正常运行时，各轨道电路区段的工作电流不会发生变化，但随着电力机车上线运行台数的增多，尤其是大功率电力机车的增多，在钢轨中流过的牵引回流和轨道电路的工作电流会相应增大，与正常电流相差几百倍甚至上千倍，对弱电流造成影响，引发干扰，进而影响到信号系统的正常工作。通常，牵引回流要经过多个轨道电路区段，后传至回流线，在其经过传输渠道回到变电所的过程中，若未采取有效措施控制强电流，会造成电流的不平衡现象，导致牵引回流值超标、不平衡电流值超标或牵引回流不畅通，对轨道电路产生电化干扰，影响电路运行的稳定性。

3 减小或消除电磁干扰的措施

3.1 选择合适设备

为有效降低牵引供电系统电磁干扰对铁路信号系统的影响，需结合实际的铁路信号系统运行与牵引供电系统电磁干扰方式，针对性实施应对措施。首先，可以通过选择科学合理的基础设施，保证整个系统的正常运行。在设备的选择环节，要根据供电系统的供电方式，通过对供电回路的合理设计，减轻电流回流时的电磁干扰，同时，根据列车的实际需要，选用合适的机车类型，综合考虑电缆及供电方式的选择，以此提高铁路信号系统的抗干扰能力。

3.2 构建电磁信号平衡体系统

科学选用设备是保证铁路信号系统正常运转的基础，但在实际工作过程中，采用合理的工程方案及正确的工程措施同样重要。在以直供方式进行供电时，加强回流线的对称设计可以延长供电回路，保证电流回流时不受电磁干扰影响，促使电流回流工作顺利进行。

3.3 合理优化施工工艺

为保证铁路信号系统的正常运转，需加强对各项抗干扰措施的设置，严格规范施工操作，优化施工工艺，确保整个工程质量符合技术要求。在实际施工过程中，需注意贯通地线的正确连接方式，严禁以电缆钢带连接或代替，同时应加强各类电缆连接线的施工工艺，确保施工人员严格按照施工方案及技术要求。此外，需注意对各类施工细节的施工，如螺丝的松紧、打轨道眼的距离长短等。通过对施工工艺的严格把控，减少干扰因素的产生。为保证供电系统的高效稳定运行，可将计算机联锁系统内部各微机之间的通信系统直接用光缆进行连接，减少干扰源的传播介质，有效提高系统的整体抗干扰能力。

3.4 牵引供电系统降低干扰信号措施

在利用牵引供电系统降低干扰的过程中，首先应注重牵引供电设备的正确选择。在选择牵引供电设备时，应充分考虑其供电方式是否具备抗干扰能力。当前，常用的供电方式为AT、BT以及同轴电缆供电。合理的供电方式可有效提高牵引电流回流路径的对称性，降低接触网中的电磁感应。同时，在选择电缆线路时，应尽量选用具备抗干扰能力的屏蔽线缆。此外，还应加强施工过程中的抗干扰能力，在施工过程中，严格按照施工要求，做好现场线路的安装与维护工作，并加强对各项抗干扰措施的应用，尽量减少信号干扰。

3.5 信号系统抑制干扰信号措施

对信号系统进行优化设计，从信号系统的各组成部分出发加强抗干扰能力控制，从而增强整个系统的抗干扰性能。首先，在选择变压器时，要充分考虑其抗干扰能力。扼流变压器依赖其内部结构与功能特性，可成功减少电力牵引回流时产生的干扰。而通过加大扼流变压器的铁芯气隙，可以减少供电过程中产生的巨大不平衡牵引电流，进一步达到降低干扰的目的。同时，新型扼流变压器中的适配器可对干扰源形成容性阻抗，通过与扼流变压器的共同作用，对电磁干扰源进行阻抗传输，从而完善信号传输线路，使干扰降至最小，实现铁路信号系统的安全运行。

4 结 论

牵引供电形式因其强大的牵引力及低碳环保的特征，已被广泛应用于我国铁路系统，为保证我国列车的高速安全运行提供了技术支持。然而，供电系统在运行过程中对铁路信号系统的干扰现象愈发普遍，影响列车的正常信号传输，损坏信号设备，甚至导致安全事故的发生。为有效避免牵引供电系统干扰源的产生和干扰的入侵，需分析牵引供电系统的供电方式与构成，找出干扰源的产生方式和入侵途径，进而采取有效的应对策略。