交流电气化铁路对机场无线电导航设施的电磁干扰影响分析

熊国华

（湖南省铁路建设投资有限公司）

0 引言

随着我国电气化高速铁路的大规模建设、 快速发展、 全面覆盖， 电气化铁路与路外通信系统设备的电磁兼容问题日益明显， 近年来高铁引入机场， 实现无障碍换乘、 空铁联运已成为一种趋势。然而电气化高速铁路在运行时对外产生的电磁辐射可能对铁路沿线的无线通信台站、 通信广播设施、 机场导航系统、 雷达设备等产生干扰， 轻则造成通讯设备或器件的误动作和损坏， 严重的可能造成重大事故。因此在铁路引入机场的工程建设前期， 研究交流电气化铁路引入对机场无线电导航台站设施的电磁干扰影响情况， 满足铁路与机场无线电导航台站的电磁兼容要求在新建铁路选线设计、 选择线路走向是极其重要的参考因素。下文将结合新建长沙至赣州铁路工程引入长沙黄花机场实例来详细分析交流电气化高速铁路对机场无线电导航台站的电磁干扰影响。

1 工程实例分析

1.1 长沙至赣州铁路与长沙黄花机场无线台站的相对位置关系

图1 南近台 （NDB） 与长沙至赣州铁路相对位置示意图

1.2 有关电磁干扰影响标准

《轨道交通电磁兼容第2部分： 整个轨道系统对外界的发射》 （GB/T 24338.2-2018） 规定了电气化铁路系统对外界电磁发射的要求， 包括其发射限值及其测试方法， 该规定要求铁路系统内部首先应达到的电磁兼容要求， 限定了向外不产生超过一定量值的电磁干扰水平， 频率范围为0.15MHz～1GHz，详见图2。

1.3 无线通信台站和铁路的基本情况

黄花机场南近台为无方向信标台 （E113°13′16.2″， N28°09′59.8″）， 工作频率为265kHz， 接收功率100W， 功能为导航作用。铁路采用电力机车牵引方式， 为交流50Hz单相供电制式， 牵引网供电方式为AT 供电方式， 牵引接触网额定电压为25kⅤ， 最高电压为27.5kⅤ， 铁路牵引供电示意图如图2所示。本次接触网设计采用高标准的设备及高张力、 弹性均匀悬挂方式， 该区段列车最高运行速度为250km/h。

1.4 电气化铁路对无线台站的电磁干扰影响分析

1.4.1 电磁干扰影响分类

在理论上， 电气化铁路对机场无线台站的电磁干扰主要分为无源干扰和有源干扰两类。

无源干扰主要表现为铁路是一种基本敷设在地面上的水平导体， 是一种比较差的反射体或再辐射体， 由于该段长赣铁路进入黄花机场隧道段， 铁路高程较黄花机场无线电导航台站的天线高程低， 因此新建长沙至赣州铁路对该无线台站设施是不存在无源干扰影响的。

有源干扰则主要来自于电力机车在运行过程中因随机离线或跳跃产生的受电弓火花放电 （也称为电弧） 造成的无线电脉冲， 其电弧会产生较强的电磁辐射， 对铁路沿线长沙黄花机场导航台站可能产生干扰噪声影响。该噪声干扰频谱分布在中频到甚高频范围内， 是一种带宽干扰， 无线电电磁敏感设施受影响的程度取决于其工作方式、 工作频率、 技术性能、 环境要求等。

因电气化铁路产生的辐射水平主要从频率特性和横向衰减特性两方面考虑。

1.4.1.1 频率特性

频率特性可以用下式表达：E=K1+K2lgf

式中，E-电气化铁路产生的干扰场强， dBμV/m；

f为频率， MHz；K1、K2为系数， 表示干扰场各频率分量的幅度和幅度随频率而下降的斜率。

频率在30MHz以下， 在距离10m 处， 干扰场强的时间概率为95%时的频率特性为：

1.4.1.2 横向衰减特性

电气化铁道产生的无线电干扰的传播可分为纵向传播和横向传播， 因长沙机场导航台站都布置于地面上， 因此本文仅研究和讨论横向传播特性。

电气化铁道产生的横向衰减特性可以用下式表达：E=A+BlgD

式中E，-横向衰减的干扰场强；D－横向距离， 单位： m； A－与铁道垂直距离为10m 时的场强；B－斜率， 相应于距离D增加时的场强变化量。

1.4.2 电磁干扰影响分析

由于以上频率特性公式是基于80km/h 的速度得出的经验回归公式， 而本文所涉及的新建长沙至赣州铁路工程在引入长沙黄花机场段时列车运行时速为250km/h。根据国内外的大量测试结果， 可知速度每增加100km/h 电磁辐射增加4～6dB， 新建长沙至赣州铁路接触网设计采用高张力、 弹性均匀悬挂方式， 使得弓网系统处于平稳的工作状态， 因此按速度每增加100km/h 电磁辐射强度增加5dB修正是比较保守的，即在250km/h的状态下相对80km/h增加了8.5dB的辐射修正量， 得出离铁路10m处干扰场强如下：

干扰场强的横向衰减特性按照GB/T 24338.2/ⅠEC 62236-2 中 提 出 的 计 算 方 法， 即：Ex＝E10－n×20lg（D/10）。

根据《航空无线电导航台 （站） 电磁环境要求》（GB6364-2013） 中规定， 无方向信标台信号覆盖区内最 低 信 号 场 强， 在 北 纬30° 以 南 为120μⅤ/m（41.58dBμⅤ/m）， 有源干扰防护率为15dB。假设在最坏信号覆盖情况下， 计算铁路对台站信号的有源干扰 ， 此 时 认 为 台 站 在 任 一 点 场 强 为Es= 41.58dBμV/m。

由于无方向信标台的飞行程序属于涉密资料。根据黄花机场与新建长沙至赣州铁路的相对位置关系，飞机在机场第1 跑道南端端头时与铁路露出部分的距离最近， 可能受铁路电磁干扰影响最大。飞机距离铁路最近距离D≈2250m。

鉴于黄花机场的南近台工作频率为265KHz， 小于30MHz， 故任一点的铁路干扰场强为：

将最小距离D≈2250m，f=265KHz，n=1.8， K 取-4.77 代入公式， 得到最大干扰场强Ex（dBμⅤ/m） ≈-19.2dBμⅤ/m。

则Es-Ex≈60.8dBtμV/m， 远大于相关规范要求的15dB防护率。

结论： 新建长沙至赣州铁路工程不会对黄花机场无方向信标台产生有源干扰影响。

2 结束语

本次对与新建长沙至赣州铁路较近的主要无线电台站进行了电磁干扰影响计算分析， 分析过程中采用最保守的情况去计算， 如采用台站信号覆盖区内最低信号场强作为飞机的接收信号场强 （实际运行过程中Es比本次计算的要偏大）， 最终分析结果表明黄花机场相关无线电台站与新建长沙至赣州铁路均满足现行的国标、 行业标准要求的电磁兼容要求。同时新建长沙至赣州铁路机场段采用隧道方式下穿通过黄花机场， 因此认为新建长沙至赣州铁路与黄花机场的通信导航设施满足有关电磁兼容的标准规范要求， 铁路引入不会对黄花机场的无线电导航设施的正常运行造成干扰影响。