中低速磁浮与轮轨交通系统电磁环境影响差异性分析

李天石 龚孟荣 黄 辉 苏立轩

我国轮轨交通经过几十年的发展，取得了巨大的的成就。通过对轮轨交通不同类型，包括高速电气化铁路、DC 1500V 接触网受流、DC 750V三轨受流、DC 1500V 三轨受流、DC 1500V 胶轮跨座式线路、DC 1500V 直线电机牵引线路等引起的电磁环境影响问题，开展测试和研究，积累了丰富的现场实测数据，得出了许多有价值的研究结论。

近年来，中低速磁浮由于具有能耗小、噪声低、转弯半径小、线路适应性强，建设和维护成本低，舒适度高等优势，已在我国多个城市开工建设或处于规划设计中，有些城市已投入运营。本文对我国长沙中低速磁浮交通开通前后的电磁发射进行了测试和分析，获得了其电磁发射在时域、频域和空间实测数据。在与以往获得的轮轨交通实测数据比较后，得出了中低速磁浮交通系统与轮轨交通各电磁参量在频域、时域和空间等方面的差异性比较结论。该成果对于中低速磁浮交通系统电磁环境管理、标准制定和电磁干扰防护设计，均具有重要意义。

1 直流磁场的差异分析

1.1 线路附近直流磁场

图1 给出长沙中低速磁浮线路与轮轨交通系统轨旁直流磁场实测结果比较。

由图1 可知：①距线路10 m 以上，无论磁浮线路或轮轨线路，直流磁感应强度均已衰减至环境背景值（约50 μT 地球背景静磁场）；②距线路10 m 以内（多为近距离站台测量），直流磁场随着距离的增大而降低。该距离范围内，长沙中低速磁浮线路产生的直流磁场小于城市轨道交通线路。

图1 轮轨交通与长沙中低速磁浮线路轨旁直流磁场比较

1.2 车内直流磁场

表1 给出轮轨交通系统与长沙中低速磁浮线路车内直流磁场实测结果比较。

表1 长沙中低速磁浮和城轨列车内直流磁场实测结果比较

由表1 可知：长沙中低速磁浮车内直流磁场明显大于城轨列车车内直流磁场，前者是后者的3～4 倍。长沙中低速磁浮车内直流磁场距车底板0.9 m时，实测最大值为470 μT，已接近《动车组内低频磁场限值与测量方法》（TB/T3351-2014） 中500 μT 限值要求。

2 低频磁场的差异分析

2.1 线路附近低频磁场

图2 为长沙中低速磁浮线路与轮轨交通系统轨旁低频磁场实测结果比较。由图2 可知：

1） 距线路10 m，列车通过时，低频磁感应强度最大值从大到小依次为京沪高铁、上海高速磁浮、长沙中低速磁浮及其他城市轨道交通线路。上海高速磁浮约为京沪高铁的1/3；长沙中低速磁浮约为上海高速磁浮的1/2；其他城市轨道交通线路约为长沙中低速磁浮的1/2。其他城市轨道交通线路产生的低频磁场较小，有些已接近环境背景值（0.03～0.06 μT）。

2）列车通过时，低频磁感应强度随着距离的增加不断衰减。距线路超过20 m，除京沪高铁外，其他各种类型线路低频磁感应强度均已衰减至接近环境背景值。

2.2 车内低频磁场

图3 给出长沙中低速磁浮车内、上海高速磁浮车内与高速铁路动车组内低频磁场实测结果。

观察图3 可以得出：

1）观察1 kHz 宽度频谱图，长沙中低速磁浮和上海高速磁浮车内低频磁场均明显大于高铁车内低频磁场。磁浮比高铁磁场高约1～2 个数量级，且磁浮实测曲线下降比高铁实测曲线下降缓慢。高速动车组内仅在50 Hz 及其谐波处有较明显的磁场分量，且主要能量集中分布在300 Hz 以内。

2）观察10 kHz 宽度频谱图，长沙中低速磁浮要比上海高速磁浮车内磁场能量更高，磁场随着频率增加缓慢下降，至10 kHz 下降至较低值，而上海高速磁浮则在2 kHz 已降至最低值。

图2 长沙中低速磁浮交通与轮轨交通轨旁实测低频磁场比较

图3 长沙中低速磁浮、上海高速磁浮和高速铁路动车组车内低频磁场实测结果

3 射频电磁场的差异分析

3.1 线路附近射频电磁场

图4 给出长沙中低速磁浮线路与轮轨交通系统射频电磁场实测结果比较。由图4 可知：

1）无论轮轨交通系统，还是磁浮线路，均满足24338.2 标准中的限值要求。

2） 低于30 MHz 以下频段，长沙中低速磁浮线路产生的电磁辐射与京沪高铁十分接近，明显大于上海高速磁浮线路和其他轮轨交通线路。

3） 在30 MHz 以上频段，长沙中低速磁浮线路产生的无线电干扰小于京沪高铁，但仍大于上海高速磁浮线路和其他城轨交通线路。

3.2 车内射频电磁场

长沙中低速磁浮线路车厢内和高速铁路动车组内实测频谱图见图5。

图5 中各频谱图纵坐标一样，均未加天线系数，加上天线系数后，相对关系不变。由图5 可知：小于30 MHz 频段，中低速磁浮列车车厢内电磁辐射明显大于高速铁路动车组；大于30 MHz 频段二者区别不大。

图4 轮轨交通和长沙中低速磁浮线路射频电磁场比较

图5 中低速磁浮车内和高速铁路动车组内射频频谱

4 结论

4.1 直流磁场的差异分析

1）线路附近直流磁场：距线路10 m 以上，无论磁浮交通还是轮轨交通，直流磁感应强度均已衰减至环境背景值（约50 μT 地球背景静磁场）；距线路10 m 以内，直流磁场随着距离的减少而增大，此距离范围内，长沙中低速磁浮线路产生的直流磁场小于城市轨道交通线路。

2）车内直流磁场：长沙中低速磁浮车内直流磁场明显大于城轨列车车内直流磁场，前者是后者的3～4 倍。长沙中低速磁浮车内直流磁场距车底板0.9 m 时，实测值为470 μT。高速铁路直流磁场很小，可以忽略。

4.2 低频磁场的差异分析

1）线路附近低频磁场。列车通过时，低频磁感应强度最大值从大到小依次为京沪高铁、上海高速磁浮、长沙中低速磁浮、其他城市轨道交通线路。当距线路距离超过20 m 时，除京沪高铁外，其他各种类型线路低频磁感应强度均已衰减至接近环境背景值。

2）车内低频磁场。长沙中低速磁浮和上海高速磁浮车内低频磁场均明显大于高铁车内低频磁场。在较低频段的图谱上，磁浮比高铁低频磁场高约1～2 个数量级，且比高铁频谱宽。长沙中低速磁浮与上海高速磁浮车内磁场相比，磁场随着频率增加下降较慢，至10 kHz 下降至幅值较低的平稳段，而上海高速磁浮则在2 kHz 已降至幅值较低的平稳段。

4.3 射频电磁场的差异分析

1）线路附近射频电磁场。低于30 MHz 以下频段，长沙中低速磁浮线路产生的射频电磁场与京沪高铁十分接近，明显大于上海高速磁浮线路和其他轮轨交通线路；30 MHz 以上频段，长沙中低速磁浮线路产生的射频电磁场小于京沪高铁，但仍大于上海高速磁浮线路和和其他城轨交通线路。

2）车内射频电磁场。中低速磁浮列车车厢内电磁辐射场强在小于30 MHz 频段，明显大于高速铁路动车组内场强，9 kHz～150 kHz 大于高铁约70 dB，150 kHz～30 MHz 大于高铁约40 dB；在大于30 MHz 频率范围，二者区别不大。