關于強電磁干擾對鐵路信號的影響探究

郝會超

摘要：隨著社會的發展，鐵路電氣化發展的速度明顯上升，鐵路電氣化程度提升也較為明顯。先進精密的電子產品的相繼采用，這些電子產品在一定程度上使設備體積、功耗、價格和性能大幅提高。但由于電子產品的耐壓能力比較脆弱，對外界的電磁干擾就顯得格外敏感。這種情況使設備的安全性和可靠性受到了影響。因此研究強電磁干擾對鐵路信號的影響、產生的危害及如何解決干擾成了迫在眉睫的重要工作。這有利于完善鐵路信號的安全防護，對鐵路的正常運行起到了很好的保障。

關鍵詞：強電磁干擾；鐵路信號；影響；探究

中圖分類號：TM862文獻標識：A

近年來，各種電纜燒毀事件發生頻繁，嚴重危害到鐵路及沿線的工作人員的人身安全；也給鐵路運輸帶來了巨大的經濟損失。究其事故原因很大程度上是出于強電磁干擾了鐵路信號。因此提高自身的抗干擾力才是保證信號系統正常運行的關鍵所在。本文主要研究了雷電電磁干擾和牽引供電系統的電磁干擾這兩種重要電磁干擾。分析強電磁干擾對鐵路信號的影響，并找出解決的辦法以實現鐵路信號的安全化。

一、研究強電磁干擾對鐵路信號影響的歷程

國際上對雷電的研究開始的比較早，但取得研究性進展還要追溯到1990年。截止目前，研究有關全空間雷電電磁場的計算與仿真研究工作卻很少。

2002年2月9日行業標準TB/T 2311-2002鐵路電子設備用防雷保護器由鐵道部所發布。這標志著電氣設備的保護和防護意識已漸漸發展起來。

于2003年行業標準TB/T3074-2003鐵路信號設備雷電電磁脈沖防護技術條件被頒布，這種具有國家標準協調的技術條件還體現出了先進性和實用性。國際先進標準的盡可能采用，要達到分區、分級的綜合防雷思想的提出。很好的促進了鐵路信號系統的防護措施向著技術先進、經濟合理、科學有效、安全可靠的方向發展。結合實際情況來分析，我國的高速鐵路建設起步相對較晚。也很少研究強電磁干擾對鐵路信號的影響，以致還未形成成熟的實踐經驗。這就要求我們根據現狀和出現的問題來分析，找出確實的解決辦法來保護鐵路信號系統。

二、強電磁干擾鐵路信號的基本情況

強電磁干擾通常是指任何能使設備或系統性能減低的電磁現象，有傳導性干擾和輻射干擾兩種形式。這兩種干擾方式的劃分依據主要在于干擾的耦合方式的區別。

通過導電介質的作用將一個電網絡上的信號耦合到另外一個網絡上的這種情況被稱為傳導性干擾。

干擾源通過空間的作用把一個信號耦合到另外一個電網絡上的情況被稱為輻射干擾。

雷電電磁干擾和電氣化牽引供電系統干擾構成了強電磁干擾。這兩種干擾是通過傳導傳輸和輻射耦合的方式來入侵鐵路信號設備的，使鐵路信號設備受到干擾，嚴重威脅到的鐵路部門的正常運行，造成經濟和人身安全的雙重損失。

三、鐵路信號強電磁干擾的常見形式

1.直擊雷及影響

指雷電放電主通道通過被保護物，也就是直接擊中鐵路信號系統。這種強電磁干擾影響較為嚴重且危害較大，雷電直接擊中鐵路信息系統設備或系統所在的設備會引起設備的損壞并造成鐵路工作人員的傷亡。

2.解決對策：由于鐵路站場占用很大的面積，站內的信號機械樓中集中分布著主要設備。信號機械樓為了防止直擊雷的突然襲擊一般都會在樓頂加裝避雷針。在一定程度和時間上有效地解決了直擊雷的防御問題。但是隨著設備電子化進程的加快，鐵路信號的抗干擾能力愈來愈弱，單靠避雷針起不到完全地防護作用。資深防雷專家王時煦在設計人民大會堂的電氣和防雷設計時采用的法拉第籠結構能更好地對設備進行防護。這種結構將工程結構中的梁、板、柱以及基礎內的所有鋼筋全部焊成一體，形成金屬鳥籠的結構；即達拉第籠結構。實現了建筑物整體的等電位連接，從而形成了一個等位體。有效地起到了防雷作用。針對現代建筑物，法拉第籠結構對外界電磁場的作用非常明顯。因為建筑主要采用鋼筋混凝或全金屬結構，在電氣上也相互連通，這給防雷提供了有利條件。在鐵路上我們可以將需要重點防雷的建筑設計為法拉第籠式建筑從而有效地規避直擊雷對鐵路信號系統的破壞。

3.感應雷的概念及影響

感應雷是指雷電放電主通道沒有直擊被保護物，但在其放電過程中強大的瞬間變化，所產生的大電磁場在附近線路或回路的導體中，產生了強大的電磁脈沖并沿導體傳播，嚴重損壞鐵路系統中的電路設備或設備中的器件。隨著科技的進步鐵路信號設備也隨之發展，電子集成度性能變得更加優越，但抗電壓能力卻越來越弱。極易受到強電磁的干擾和影響，一旦影響損害就會集中在集成度較高的系統核心器件。所以防感應雷是鐵路信息系統防雷的重點，要嚴肅對待切不可掉以輕心。

4.解決辦法：研究信號附近電磁場感應雷的分布，然后利用電磁感應的原理進行計算，在信號設備的感應和回路上額定感應電壓，以免燒損設備和部件。

四、電氣化供電系統的影響

1.牽引變電所和接觸網組成了電氣化鐵路供電系統。一般在鐵路沿線建設幾個牽引變電站，通過轉化來自牽引變壓器的電壓使之適合鐵道使用。通過牽引網向機車供電的方式，使電力機車在架空的接觸導線和鋼軌之間行駛。

2.牽引傳導性干擾概述：在鐵路信號系統中，軌道電路在鋼軌絕緣處裝設了扼流變壓器，信號設備也通過扼流變壓器接到鋼軌上。當實際兩條鋼軌中的牽引電流不相等時，在扼流變壓器中產生的磁通量不能抵消，這就出現了干擾電壓。不平衡的牽引電流引起了電壓的不平衡，牽引電流不平衡就會燒毀軌道電路元器件從而造成故障。

3.牽引電磁干擾分析和解決辦法

相關部門一直很重視強電磁對信號電纜的干擾這一研究工作，由于鐵路沿線強電磁的影響，導致線路信號傳輸質量的下降，甚至還會損壞信號電纜絕緣層。這時屏蔽就起到了很好的抗電磁干擾的作用，因為其作為控制電磁兼容的重要手段，可以有效地抑制電磁干擾。合理的選擇金屬護套的接地方式能夠使信號電纜有效地屏蔽外界電磁場、減少電磁干擾以保證電纜線路的正常工作。

五、針對強電磁對鐵路信號的相關影響所提出的前瞻性建議

強電磁干擾對鐵路信號的影響，不利于鐵路信號的正常工作和運行。下文提出了幾點前瞻性建議：

1.嚴格參照《信號設計規范》、《鐵路車站信號設備防雷、電磁兼容及接地》中的相關規定來指導施工。以確保貫通地線與軌旁設備的正確接連。

2.選用新型的環保材料來作為貫通地線外套的材質，進一步減小貫通地線的接地電阻以提高其泄流能力。

3.在類似鐵路軌道兩側這樣設置較為困難的地區要規范貫穿地線的設置來進一步減小接地電阻。

4.鐵路軌道貫通地線與信號電纜等同處在電纜槽時，要注意保持一定間隔，其水平距離要大于一米，并進行填沙防護，電纜槽不宜采用金屬材料。

5.防止信號電纜外皮的破損，對電纜絕緣指標等情況進行室內監測并加強維護。使貫通地線指標符合實際要求。

6.深入了解雷電類強電磁干擾的原因和影響，計算雷電電磁在信號機械室上的暫態響應，在各分支導體的電氣參數基礎上將建筑物結構鋼筋表示成一個電路模型。從而獲得各分支導體在防雷系統上的雷電流響應。這對指導鐵路信號的防雷工作具有一定的實際意義。

7.加強防范意識和宣傳工作，對鐵路工作人員進行系統的培訓工作。使其充分了解強電磁干擾對鐵路信號的危害和影響，明確危機意識更好的做好防護工作。

結束語

在鐵路的實際工作中經常出現強電磁干擾，這種干擾形式廣泛且危害較大。本文通過對強電磁干擾的幾種具體形式進行了分析，結合實際問題提出了幾點解決方案，前瞻性意見和建議。這對日后鐵路信號安全保護工作的順利開展提供了良好的理論支持，有利于強電磁防護工作的順利開展。

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