CIR电磁屏蔽室的建设及验收过程控制

王振晟

机车综合无线通信设备（CIR）由CIR主机、显示终端（MMI）、天馈系统及附属设备组成,可为司机提供450 MHz、800 MHz、900 MHz等不同频段的“车对车”“车对地”信息交互平台,为实现车机联控及动车组的安全运行保驾护航。

CIR设备检修方式可分为日常检修和集中检修2种［1］。其中,集中检修是根据CIR设备使用寿命及工作状态,定期对CIR设备的电气性能进行测试,及时发现异常指标,并对CIR设备进行深度的检测和整治,是提高CIR设备运用质量的有效途径［2］；而电气性能测试是CIR设备集中检修过程中的关键环节。通过CIR综合测试仪向CIR设备发送调制信号,接收并分析CIR设备的反馈信号,实现检修人员对CIR设备各项指标的分析,发现并维护性能下降部件,确保CIR设备的运用质量［3］。

在测试过程中,CIR设备处于不同的电磁环境下,测试结果变化较大,检修人员无法对设备性能进行准确的判断,且测试信号常会影响正在运行列车的CIR设备,甚至可能导致附近运用列车的非正常停车。因此,具有CIR设备维护任务的电务站段必须配备CIR电磁屏蔽室。而如何确保新建屏蔽室的屏蔽效能符合CIR测试作业要求,就成为屏蔽室建造的重点问题。本文以合肥电务段CIR屏蔽室的建造施工为例,介绍有关CIR屏蔽室建造与验收情况,提高CIR屏蔽室的运用质量。

1 施工控制

通常,以屏蔽效能来度量屏蔽室的有效性［4］。屏蔽效能是指空间某个位置,在无屏蔽措施时的场强和有屏蔽时的场强之比。它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度,其数值越大,则屏蔽效果越好［5］。

1.1 施工方案确认

1）新建CIR屏蔽室需满足CIR的电气性能测试信号屏蔽,同时满足数据仿真平台的GPS模拟信号屏蔽,即至少满足400 M～2 GHz频段的屏蔽效能不低于100 dB。新建屏蔽室技术标准应符合C级屏蔽室要求。

2）为防止新建屏蔽室在长期使用过程中,受湿度、温度、物理打击等环境因素影响,以及考虑后期维护的需要,重点对屏蔽体等关键部件的材料选择、屏蔽室防火和防雷设计、屏蔽室接地电阻及屏蔽室安装、屏蔽层板体防腐处理、滤波器安装、内部供电电缆铺设、维护通道等工程关键项点进行逐一审核,确认最终施工方案。

1.2 施工过程监督

对照施工方案,重点审核屏蔽室选材是否与现场交底一致；屏蔽层板体搭建安装时,支撑框架和电磁屏蔽层板体间是否合理且规范,确保支撑框架和电磁屏蔽层板体外观无变形、工作量符合要求；在接地线施工封闭前,检查接地线安装状态是否符合单点接地的方式,并测量接地电阻是否符合要求［6］；检查屏蔽门及配套装置的规格、尺寸、数量和位置是否符合要求,确保安装正确、尺寸符合要求。

1.3 关键附属设备质量盯控

1）引入屏蔽室的电源会传导电磁干扰,因此必须和普通电源进行区分并相互独立,采用滤波器滤除无关的电磁信号。同时滤波器自身应具备屏蔽结构,其屏蔽箱盖和屏蔽机房的壳体要接触良好、安装紧固,输入和输出线缆无交叉,防止串扰。电源通过滤波器引入屏蔽室后,需确保电磁屏蔽室供电装置安装且工作正常,电源线与屏蔽室绝缘电阻测试正常,接地电阻测试符合要求,接地可靠。

2）屏蔽层预留的通风口必须安装波导窗,以兼顾屏蔽和通风的双重作用。作为屏蔽室整体结构中较易产生电磁泄漏的部位,波导窗的安装是施工中的重要项目。合肥电务段采用螺栓压接截止式波导窗,蜂窝波导片采用真空钎焊整件,出厂时的插入衰减应不低于屏蔽室屏蔽效能的整体指标。在安装过程中,必须确保通风波导窗安装牢固且良好,固定螺栓密封符合要求。同时试验通风情况,保证空气能够正常流通。

2 效能验证

CIR屏蔽室的屏蔽效能验证主要从以下几个方面进行。

2.1 屏蔽效能指标测试验证

由屏蔽室厂家按照屏蔽效能测试方法［7］,使用点频信号源、小环天线、标准振子天线等,分别利用HP-1500和HP-8563频谱分析仪,在屏蔽门、波导窗等易发生信号泄漏的地方,对各频段进行屏蔽效能测试,测试结果均合格,见表1。

表1 CIR屏蔽室屏蔽效能测试结果

2.2 屏蔽效能验证

经厂家确认屏蔽室屏蔽效能合格后,由验收人员分别在屏蔽室对CIR电气性能测试时各频段的实际屏蔽效果进行验证,进一步确认屏蔽室屏蔽效能是否满足作业需求。

1）GSM-R单元测试。GSM-R单元在注册车次号、机车号时,CIR设备向网络中心发送注册885～934 MHz的频率信息［8］,若试验信息与运用机车号、车次号信息一致,则会影响在用机车号、车次号的正常注册,导致运用列车无法正常运行。基于此原理,验收人员在屏蔽室内通过GSM-R电台,使用试验机车号、车次号进行注册和语音通话,对885～934 MHz频段的屏蔽效果进行试验,发现注册和语音通话失败,且在屏蔽室外频谱分析仪上无明显电磁变化,证明屏蔽室在该频段下屏蔽效能合格。

2）800 MHz单元测试。由CIR综合测试仪不断地发射与设备实际运用时相同频段的模拟信号,若被运用列车接收,则会影响列车正常运行,存在安全隐患。以800 MHz频段下LBJ单元的发射机测试为例,检修过程中模拟启动列车的接近防护报警,此时若不对试验信号加以屏蔽,则会被运用列车所接收,造成列车停车。验收人员在屏蔽室内对CIR设备的LBJ单元进行各项电气性能指标测试,并通过频谱分析仪记录屏蔽室外的电磁环境变化,确认屏蔽室外无800 MHz频段电磁信号变化,证明屏蔽效能合格。

3）450 MHz单元测试。在CIR电气性能检测过程中,外界干扰会通过空间耦合到测试接收机,导致测试结果失真,环境中如出现其他频率的电磁波干扰,也会严重影响测试结果的准确性。以450 MHz模块接收机门限值的测试为例,该门限值的高低表征接收机性能的好坏,门限值越低,则接收灵敏度越高［9］。在测试过程中,为了提高设备运用质量,需要确保门限值不高于阈值,此时设备极易接收到环境中频率相近的电磁干扰,造成测试结果失真。考虑屏蔽室外发射干扰信号可能对周围造成影响,通过多个频率手持电台与室内进行呼叫试验,以及在室内发射400 MHz频段信号,测试室外电磁信号变化情况的方法,试验屏蔽室400 MHz频段的屏蔽效果。经试验,屏蔽室内、外呼叫试验失败,室内发射信号时室外电磁信号也无明显变化,证明在该频段下屏蔽室的屏蔽效能合格。

4）GPS信号测试。CIR数据验证仿真平台根据铁路线路地理位置信息,生成连续的GPS经纬度信息,反向进行CIR数据模拟仿真,实现CIR设备在静止状态下接收连续变化的GPS经纬度,模拟列车运行,完成CIR数据验证［10］。在试验过程中,若受到外界GPS信号的干扰,会造成CIR设备在接收GPS模拟信号时出现偏差或接收异常,降低数据验证的准确性。为此,验收人员通过在屏蔽室内使用测试仪、CIR、手机等具备定位功能的设备均无法获取GPS信号,证明屏蔽室对1.5 GHz的GPS信号屏蔽效能合格。

电磁屏蔽室屏蔽效能各项验收测试结果记录见表2。通过对屏蔽室实际屏蔽效果进行验证,各频段的CIR电气性能测试结果均能达到预期,满足现场作业需求,屏蔽室屏蔽效能验收合格。该屏蔽室于2020年7月1日正式投入使用后,屏蔽效果良好,能够满足段内CIR测试作业的要求。

表2 CIR屏蔽室屏蔽效能验收记录

3 结束语

作为集团公司车载专业融合最早的单位,合肥电务段为适应车载监控与CIR检修融合的生产力布局调整,通过对方案审定、施工验收等环节的盯控把关,顺利完成了首次CIR屏蔽室施工,为CIR设备测试提供可靠的测试工作环境,避免因为CIR设备检测测试数据失真导致设备“带病上道”的安全风险,最大程度地减少了对运输的影响。