电气化铁道接触网检测系统电磁兼容论文

电气化铁道接触网检测系统的电磁兼容

【摘 要】由于电气化铁道接触网是不对称供电系统，接触网上的电压及电流会对检测设备和线路产生较大的干扰，尤其是在动态检测中，相对于接触网高速运行的电力机车上的设备将承受更大的考验，因此，电磁兼容技术在接触网动态检测中起着至关重要的作用。

【关键词】电气化;铁道接触网;检测系统;重要作用

首先，我们要了解电磁兼容的概念，电磁兼容性是指装置、设备（接收机）不会由于受到同一电磁环境中其它装置、设备的电磁发射导致性能降低；也不会使在同一电磁环境中的其他装置、设备受其电磁发射而导致性能降低，即装置、设备在共同的电磁环境中能够共存。电磁兼容性可分为系统间的电磁兼容性和系统内的电磁兼容性两类。

电磁骚扰是指任何可能引起装置、设备或系统性能降低或对有生命或无生命的物质产生损害作用的电磁现象。电磁噪声是指一种明显不传送信息的时变电磁现象，它可能与有用信号叠加或组合。电磁干扰是指由电磁骚扰引起设备、传输通道或系统性能下降，电磁干扰从源耦合进接收机后，会干扰接收机的正常工作。

电磁兼容问题要在接触网检测系统设计中就要重点考虑，在25kv电压等级下实施测量的系统，极易受到外界的电磁干扰，系统的电磁兼容问题直接关系到测量系统的可靠性、稳定性和测量结果的准确性。

在动态检测中的干扰源主要有以下几种：

（1）电气干扰源。

构成电磁环境的场源很多，交流电气化铁道电气干扰源主要来自两个方面：一是电力机车，机车是的电感性设备，如主变压器、牵引电机、空气压缩机、通风机等，操作时产生的瞬间电压干扰；二是接触网，接触网周围低频电场和磁场的干扰以及弓网间的火花，对测量系统产生传导和辐射干扰。

（2）噪声的传导耦合。

传导耦合可分为电容性耦合、电感性耦合、公共阻抗耦合和漏电流耦合。

（3）差模干扰与共模干扰。

差模干扰：又称常态干扰、横向干扰等。差模干扰使检测仪表的一个信号输入端子相对于另一个信号输入端子的电位差发生变化。由于干扰信号是与有用信号叠加在一起直接作用于输入端，所以它直接影响测量结果。

共模干扰：又称对地干扰、纵向干扰。共模干扰是相对于公共的电位基点（接地点），在检测仪表的两个输入端子上同时出现的干扰。虽然不直接影响测量的结果，但是当信号输入电路参数不对称时，这种干扰会转化为差模干扰，对测量结果产生影响。

而电磁兼容设计的主要目的是有效的控制电磁干扰，在技术上切断电磁干扰的耦合途径，即切断传导和辐射两条耦合途径。常用的电磁兼容抑制技术有屏蔽、滤波、接地。屏蔽用于切断通过空间的

辐射发射途径；滤波用于切断通过导线的传导发射途径；接地的好坏则直接影响到设备内部和外部的电磁兼容性。

检测系统的电磁兼容方法和抗干扰措施主要有以下几种：

（1）采取接地措施。

①信号接地

信号接地的目的是为信号电压提供一个零电位的参考点。一般来说，信号地线的接地方式有共有接地线一点接地、独立接地线并联一点接地和独立接地线并联多点接地3种方式。该系统高压侧部分安装在受电弓上，即对大地电压25kv的电位上。高压侧电气部分采用独立地线并联一点接地方式，其优点是各电路的地电位只与本电路地电流和地线阻抗有关，不受其他电路地电位的影响。 ②工业控制计算机的接地

实时检测的计算机系统的工作环境是高速运行的列车，容易受到干扰，因此提高工控机抗干扰性能非常重要。工控机的接地是其应用中重点考虑的问题之一。计算机的输入系统包括各类采样传感器以及各种物理量、模拟量、数字量和开关量的输入装置。对于传感器来说，输出信号较微弱并需经较长距离的传输（传感器安装于机车车顶，而工控机安放于控制室内），为避免由于两点接地带来的电位差所产生的干扰影响，应优先选用一点接地方式。

③电缆接地

屏蔽电缆的一端在与端子板或另一电缆的端头连接时，屏蔽层的编织网被集中扭在一侧，且有一段芯线暴露于屏蔽层外，这在很大

程度上降低了屏蔽层的效果。采取的措施为外包铝铂纸或使用屏蔽电缆接头。

（2）增加滤波措施。

传感器的信号经放大后，由于测量环境的电磁干扰以及放大电路的影响，往往含有多种频率成分的噪声信号，特别是在接触网参数的测量中，电磁干扰非常严重，噪声信号会淹没测量信号。需加滤波措施，将不需要的杂散信号抑制掉。接触网的测量信号属低频信号，由于离线火花的干扰，干扰信号主要是高频信号，需要将高频信号滤掉，对此，可在信号处理电路中设计无源滤波器和有源低通滤波器。

（3）电磁屏蔽。

受电弓在运行过程中，不断伴有拉弧现象，在传感器附近产生剧烈变化地电磁场，对传感器产生辐射电磁干扰，抑制此类干扰的有效方法是电磁屏蔽。具体做法为将压力传感器用特殊的良导电金属网包起来后，与传输屏蔽线可靠相接或将信号调理电路放在屏蔽良好的金属盒内。为了减轻受电弓的自重，一般选择铝合金为封装电路板的屏蔽材料，其体积小，便于在受电弓上安装铝合金板，对电场、高频磁场和电磁场的屏蔽效果好。

（4）其它抗干扰措施。

①限幅

在检测系统信号处理电路的入口设计峰值限幅电路，限制幅度很大的脉冲干扰信号，同时可以防止放大电路过载，避免损坏元件。

②采用光纤传输信号

光通讯是解决高低压隔离和信号传输非常理想的途径，它具有频率特性好、容量大、衰耗小、寿命长、速度快、可靠性高以及抗干扰能力强等特点。

③开关电源的干扰抑制

开关电源在工作时会产生很强的噪声，并通过电源线以共模或差模方式向外传导，同时还向周围空间辐射。解决开关电源的噪声问题，主要是抑制开关电源的电压上升时间快产生的噪声和变压器振动产生的噪声。噪声抑制的基本方法可采用滤波技术，对于开关电源来说，抑制干扰的措施一是减少开关管集电极和散热片之间的耦合电容；二是交流电源线输入端插入共模和差模滤波器，防止开关电源的共模和差模噪声传递到电源线中影响电网的其他用电设备，同时还可以抑制来自电网的噪声；三是在直流输出端加接抗共模噪声的铁氧体磁环。

④检测线路的干扰抑制

当有电力机车通过时，牵引网有电流通过，在其周围就会产生电磁场，对附近的传输线产生干扰。为减少施扰的接触网系统对受扰的检测线路的影响，对受扰的检测线路需在频率选择、编码、信号传输和布线方面特别设计，以便提高抗干扰的能力。在接触压力的检测中，传感器输出的电压值极易受到干扰，相对而言频率信号的抗干扰能力较强。为防止信号在传输中失真，须设置一个压频转换电路，将检测到的代表压力大小的电压信号转换成频率信号。线路

中产生噪声是通过印制板与信号电缆（相当于天线）向外辐射，可在信号电缆中接入铁氧体材料的共态扼流圈对这种噪声进行抑制，然而多数情况下，即使采用屏蔽电缆，大地与屏蔽电缆间也还会产生噪声电压，为此可采用接入铁氧体磁环来减弱电缆的天线效应。 随着电气化铁路向着高速重载的方向发展，不断研究新方法，将最新的技术应用到接触网数据检测中，结合实际经验，继续探索检测系统电磁兼容的更好的方法。以提高检测系统的整体性能和检测结果的精确度，是接触网检测技术发展的迫切需要。