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铁路通信电子系统设计中的电磁兼容性

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  摘 要:随着电磁兼容学科技术水平的发展和提高,铁路通信电子系统设计中电磁兼容工作势将朝着系统间电磁兼容性的预测、预估与仿真验证的方向发展。实施铁路电磁兼容管理工作是铁路技术管理发展成熟的标志之一,因此需要重点加强研究。基于此本文分析了铁路通信电子系统设计中的电磁兼容性。
  关键词:铁路通信;电子系统设计;电磁兼容性
  中图分类号:U285 文献标识码:A
  1、铁路通信电子系统设计中的电磁兼容管理的必要性
  首先,铁路通信信号技术使设备的数字化、信息化、智能化程度大大提高,设备硬件微电子化、集成化程度高,电磁敏感性增大,对电磁兼容技术水平的要求提高。要想从整体上全面解决电磁兼容问题,就必须从系统的层面,从铁路建设的全周期来进行铁路电磁兼容工作的管理及预测、防范工作。
  第二,铁路各专业间系统集成化程度高,集成化已经成为铁路技术的一个重要特征,因此,对系统间的电磁兼容问题需要通过各专业间的协调和配合才能解决,这需要通过管理的方式进行。第三,铁路建设成本高,运营维护同样需要投入大量人力物力,对所有技术问题的应对和评估若采取事后增加措施,必将提高运营维护成本,影响运营效率,不如事前采取管理控制手段。因此,在铁路安全保障体系中加入电磁兼容管理的理念,实施电磁兼容管理是铁路电磁兼容工作有效可靠实施的方式之一。在铁路建设到运营的全周期内实施电磁兼容管理,让电磁兼容问题从设计阶段就得到充分的考虑和预测,在施工、设备生产、安装、集成调测、运营每个阶段依据管理程序对电磁兼容问题进行相应的测试、评估,确保电磁兼容问题解决在事前。
  2、铁路通信电子系统设计中的电磁兼容性干扰
  2.1 通信线路电涌保护器安装
  通信线路电涌保护器的选型和安装是防雷项目中最复杂、最容易出问题的环节,不同于直击雷防护,即使没有雷电波侵入,仍可能由于设计失误或产品选择不当,导致保护无效、数据包丢失甚至通信中断。因此,根据通信线路(DDN、工 SD N 等)、通信接口(R S232 等)、供电方式(交、直流)、工作频率、带宽等要求,选择在系统数字、模拟等各种接口处插入损耗小、响应速度快、频带宽、通流量大的电涌保护器。
  2.2 电磁干扰抑制技术
  1)滤波。該技术在运用过程中使用滤波器件分离干扰信号或噪声,能够从中获得有用信号。其中,滤波器件主要包括电容,电感、磁珠、电阻、共模电感等,为了提高工作质量与效率,可选择几种组合使用,电容、电阻与电感便是生活中最常见的滤波器组合,应用效果良好。这几种滤波器件有各自的特点与适用范围,工作人员应根据实际情况进行选择,以免降低电磁干扰抑制效果。2)屏蔽。利用导磁或导电性良好的材料制成屏蔽体,可将设备的内、外部进行分离,具有双向屏蔽性,能够控制电磁干扰的范围。随着科学技术的不断发展,越来越多的材料用于屏蔽器制作,但屏蔽效果也有较大差别,综合考虑方方面面的因素,铜、铝是效果最好的屏蔽材料。
  2.3 隔离设计
  想要降低电磁干扰,可以设置相应的物理隔离措施,如加大受干扰电路或者期间与干扰源之间的距离,干扰程度与距离平方呈反比,距离每增加一倍,干扰会降低四倍左右,因此,设计人员需要综合考虑器件或者设备的布局和布线,增加干扰源与受扰电路之间的距离,以此来降低系统故障率。在安装布线环节,需要依照干扰灵敏度或者本身功率来进行分别处理,布置的顺序应该依照低电平模拟信号、一般数字信号、交流控制装置、直流动力装置等。依照上述顺序,将其相互隔离,保持一定距离,不过,部分设备在布线环节会受到各种因素的影响,无法满足物理隔离的要求,需要考虑其他措施。
  3、铁路通信电子系统设计中的电磁兼容性优化
  3.1 轨道电路防止电磁干扰的措施
  3.1.1选择合适的信号电流频率。电流为 50HZ 基波和谐波,选定的信号电流频率要既不同于电力牵引电流的基波,也不同于奇次和偶次谐波,以确保轨道电路可靠地正常动作。目前在提速线路上普遍采用 25HZ 相敏轨道电路,具有较强的抗干扰能力。
  3.1.1 增加适配器,并采用与最大牵引电流相匹配的高容量扼流变压器来改善牵引电流对轨道电路的干扰状况。
  3.1.2 轨道电路受电端继电器线圈并接防护盒,滤掉不平衡电流的 50HZ 基波及谐波成分,并保证信号电流衰耗很小。
  3.2 机车信号防干扰措施
  对机车信号的防护措施包括防护干扰和防损坏两方面。
  3.2.1 制式选择:对于提速区段,作为行车凭证的列车运行控制系统基础的机车信号应为主体信号,是由车载信号和地面信号设备共同构成的系统,必须符合故障导向安全的原则。
  3.2.2 设备布线及安装方面的防护措施:机车信号属于弱信号,应采用屏蔽线,且屏蔽线段的屏蔽网只允许一端接地或接机壳,不允许两端接地。
  3.2.3 主机应放在电力机车的电气间内,尽量减少高温、高湿和电磁对设备的影响。
  3.2.4 列车速度不断提高,形成气流可能会击坏强度较差的接收线圈或信息传感器及其引线,应进行防护。
  3.3 系统抗扰度优化
  3.3.1 抗扰度测试
  1)抗静电释放测试。该测试主要的作用是用于检测车载电子电气设备、相关的系统以及外设对静电力的免疫能力。测试的环境温度要控制在 15 ~ 35℃,湿度控制在 30%~ 60%范围内。
  2)脉冲抗干扰测试。该测试主要是用来验证电气和电子设备在瞬态切换过程中各种类型瞬态变骚扰所具有的抗干扰的能力。可以在单部件下在实验室中完成该项测试,也能够按照用户需求完成整车测试。
  3.3.2 抗干扰度优化
  通过电磁兼容性问题的分析,系统受外界干扰的主要途径是电源及信号、接口电路。为提高系统的抗干扰能力,系统必须加设电源及信号防雷抗干扰装置。防雷抗干扰装置是否有效,一是防雷抗干扰电路设计是否合理、先进(如,加信号隔离及保护等),再就是接地问题,系统设备接地效果好坏,直接影响到防雷装置的防雷抗干扰性能。对于防雷器的人线与出线必须分开,这一点容易被忽视,人线与出线在一起通过线容藕合,防雷器不起作用,外线雷击或干扰直接进人系统设备,造成设备损坏。
  3.4 电磁兼容检测
  电磁兼容性在通信设备运行中占据着举足轻重的重要地位,它的性能优劣将直接影响到通信系统的安全稳定运行。在电磁兼容检测中,需要注意以下问题:(1)电磁兼容现场试验的结果由于其在试验过程中可能的影响因素比较多,在重复性试验中,试验结果的再现比较困难;(2)随着电磁兼容技术的发展,新的标准已经对电磁兼容试验的频率范围进行了扩展,并要求在实际测试的试验级别之下的级别也要符合相关标准的要求;(3)通信设备种类繁多,相关的产品标准可在本文基础上根据实际情况进行修正。如试验级别和判定方法等;(4)对于特殊的通信设备,应当增加专门的电磁兼容试验项目,如增加对外辐射的限值,工频磁场以及工频谐波和谐间波等项目。
  总之,铁路新技术的升级换代及广泛使用,使铁路处于一个更加复杂恶劣的电磁环境中,可能导致路内敏感设备受到干扰;同时,内部的传导和辐射骚扰电平的升高和设备敏感度的提高也使电磁兼容问题发生的概率和复杂程度大大提高,进一步加强对其的研究非常有必要。
  参考文献:
  [1] 吴兰.浅谈电磁兼容及在 ZPW-2000A 中的应用 [J].铁路通信信号工程技术,2009,6(03):50-52
  (作者身份证号132329198112081412)
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