轨道交通四电工程电磁兼容控制研究

王玉强

（中铁电化集团北京电信研究试验中心有限公司，北京100036）

1 轨道交通工程电磁兼容控制要求

对于轨道交通系统来说，其内部结构组成相对比较复杂，主要由主体结构系统、子分支系统、机车车辆以及主要结构管线等组成。其中站后四电系统，即牵引供电系统、电力系统、通信系统、信号系统等，采用了大量电气、电子设备以及电缆。有的设备及组件在运行中会产生比较强烈的电磁干扰，而有的设备对电磁干扰十分敏感，受到电磁干扰可能无法正常工作，造成严重后果。因此，国内外针对轨道交通电磁兼容性均制定了相关标准规范。

2 轨道交通工程电磁兼容控制

2.1 编制电磁兼容控制方案计划

根据轨道交通建设的实际要求，对于电磁兼容控制方案需要针对以下内容进行重点关注：（1）在进行电磁兼容性的控制和管理过程中，应该建立相应的控制点，以此识别并检测轨道运行线路上，各个电磁兼容高风险集合点的现有电磁兼容情况和电磁环境；（2）根据目前现有的电磁情况和环境，设计出科学、可行的施工方案，并且在设计方案中，消除或者缓解电磁敏感设备的电磁影响[1]；（3）在轨道工程设计时，应该通过专业技术，设计消除或者减少固定轨道系统以及车辆等，对于第三方电磁系统相对敏感的电磁辐射和磁场干扰；（4）在进行轨道交通四电工程建设时，应该根据国家相关标准、规范和适用法律作为设计基础，进行相关的专业设计和技术支持，以此减小和消减对公共卫生和人体伤害的电磁辐射。

编制电磁兼容控制计划阶段要做好以下3项具体工作：

1）电磁干扰源识别。为了对干扰源进行识别，首先要对电磁干扰类型进行分析。干扰分为以下几种：辐射性干扰、导电性干扰、感应性干扰以及静电放电干扰。辐射性干扰包括接触网所产生的磁场、变电所供电设备产生的磁场、车载无线电台发射、移动电话发射、手持电台发射以及无线基站天线发射等。导电性干扰主要来自线缆，即电源线和信息数据线输入，包括电压波动、谐波、快速瞬态干扰等。感应干扰主要是由电源线的电流变化产生感应电压，对外形成干扰。

2）敏感设备识别。除了需要对电磁干扰源头的识别，还需要关注易受到电磁干扰的电子设备与线路，即电磁敏感设备。车辆中敏感设备主要是车载信号设备、通信设备、车辆GPS监控设备、车载PIS设备以及车载摄像机等；车站敏感设备包括车站售检票设备、车站通信设备、车站信号设备、车站综合控制设备等；轨旁设备包括轨旁通信设备、轨道电路等。外部设备，包括如轨道附近医院电子医疗设备、运营商基站设备以及第三方外部无线接收设备等。

3）建立电磁兼容关系矩阵。在充分识别干扰源和敏感设备的基础上，建立电磁兼容关系矩阵。矩阵是开放的，能不断地识别，持续添加，动态跟踪变化，最大限度地反映工程电磁兼容关系，有利于对工程电磁兼容性进行全面控制。

2.2 电磁兼容控制实施

轨道交通四电工程电磁兼容控制实施分为设备选型和工程实施2个阶段。设备选型时必须在技术规格书中明确电磁兼容的要求，所用型号设备必须经过权威检测机构的入网检测，因为对设备电磁兼容检测必须在电磁兼容实验室内进行，工程中要对相应的技术资料进行核查。工程实施阶段要应用电磁兼容控制技术，消减电磁兼容影响。常见的电磁兼容控制技术包括屏蔽技术、滤波技术、接地技术以及隔离技术。

1）屏蔽技术应用。设备机箱、机柜屏蔽和线缆屏蔽，属于产品设计阶段考虑的范畴。工程主要对机房房屋采取屏蔽措施。电子信息设备机房以及“法拉第笼”原理进行建设，实现电磁信号屏蔽。墙面、地面及顶面屏蔽网采用直径不小于12mm的钢筋构成5m×5m的网格；在网格内，采用直径不小于8mm的钢筋铺设成不大于600mm×600mm的网格。门窗屏蔽采用截面积不小于9mm2、网孔不大于80mm×80mm的铝合金网。屏蔽网的网格交叉点均应电气连接。相邻的墙面、地面、顶面和门窗屏蔽网之间应相互电气连接，并通过接地汇集线与接地装置多处连接。

2）滤波技术应用。电源线、信号线和控制线端口采用滤波器来滤除频率较高的共模骚扰（线-地间骚扰）和差模骚扰（线-线间的骚扰）。滤波器的安装很关键，直接影响滤波的性能。

3）接地技术应用。以铁路应用为例，沿铁路线两侧敷设的贯通地线作为共用地线，充分利用沿线桥梁、隧道、路基地段构筑物内的接地装置作为接地体，为牵引供电、电力、通信、信号、信息、灾害监测等电气设备和金属构筑物提供低阻等电位综合接地平台。明确规定了综合接地系统接地端子处的接地电阻应不大于1Ω。同时要求接触网支柱、距离接触网带电体5m范围以内的金属结构物和电气设备必须接入综合接地系统；距离贯通地20m范围以内的铁路建筑物构筑物的接地装置应与综合接地系统等电位连接。

4）隔离技术应用。在线缆布设时，要充分考虑电力电缆和信号电缆的布防距离以及布防路径。

2.3 电磁兼容评估检测

对轨道交通四电工程电磁兼容性进行评估测试也是电磁兼容控制的重要组成部分。通过测试可以判断整个轨道系统以及变电所等关键场所的对外辐射发射是否满足国家标准的限制要求，是否对外部环境产生影响。同时，也需要测试外部电磁环境，判断其对轨道系统安全运行，特别是轨道无线通信系统正常工作是否产生影响。

以太原轨道交通2号线工程电磁兼容性测试为例。

1）牵引变电所对外界的发射测试。测试地点为小店南牵引变电所。根据变电所周边的环境情况，选择在变电所东侧10m处搭建测试系统（测试点的经纬度为：N37°41′42.50″，E112°33′10.73″）。选用在校准有效期内的频谱仪和不同频段的天线搭配进行，频谱仪采用MT8213E，测量方法选用固定频率方法，检波方式为准峰值检波，测量带宽采用9kHz（0.15～30MHz频段）和120kHz（0.03～1GHz频段），在0.15MHz到1GHz频段范围内，选择8个环境噪声小的频点进行测试。通过检测，牵引变电所对外界的发射均符合标准要求。

2）外部电磁环境测试。主要测试外部电磁环境对专用无线通信系统的影响。通过频谱仪和800M频段天线，对小店南牵引变电所861～866MHz频段的电磁环境进行检测。通过测试不存在对本工程数字集群TETRA系统产生影响的外部干扰信号。

3 结语

电磁兼容性控制是轨道交通四电工程的重要组成部分，贯穿轨道交通的设计和施工全过程。因此，只有合理计划、有效实施、准确评估，才能确保轨道交通的电磁兼容。