神华准能集团大准铁路公司信号段 山西朔州 036002
摘要：近年来，铁路信号系统在先进科学技术的支撑下逐步得到完善和提升，在保证列车在轨道上的行驶安全方面发挥着重大作用。铁路机车电力牵引是目前较为理想的一种牵引方式。但随着列车行业向高速、高密度与重载运输方向迈进步伐的加快，牵引供电系统对铁路信号系统的干扰也愈发明显，严重影响到铁路电磁信号的正常发射，进而影响整个铁路信号系统的有效运行。为降低铁路牵引供电系统对铁路信号系统的干扰，需分析牵引供电系统电磁干扰的入侵方式和途径，并采取有效措施进行防范和解决，为保证列车正常行驶创造有利条件。
关键词：牵引供电系统；铁路信号系统；电磁干扰
引文：随着信息技术在当今社会的不断发展，大量高科技信息产品和技术已被广泛应用于铁路信号系统，在保证铁路信号系统健康高速运转，满足人们日常列车出行方面发挥着重要作用。铁路信号设备的组成异常复杂，涉及大量的电子元件，且信号系统在运行过程中极易受到牵引供电系统的电磁干扰。铁路信号系统的抗干扰研究受到越来越多人的关注与重视，有效避免电磁干扰对铁路信号造成的影响，需要结合信号系统的构成，充分挖掘供电系统产生干扰信号的原因，并结合信号系统出现的各种实际故障，优化和调整现有的抗干扰措施，力求进一步增强牵引供电系统的抗干扰能力。
1牵引供电系统电磁干扰入侵铁路信号系统的途径
电磁干扰指的是一种电磁现象，可通过对电力设备的电子信号的干扰，影响设备的正常使用。根据传播介质的不同，电磁干扰可分为辐射干扰与传导干扰两种形式。其中，辐射干扰是通过空间对干扰源进行信息传输，在传输过程中，借助辐射介质将干扰源以电磁波的方式传播到另一个电网络。在铁路信号系统中，各种信号线、接插元件都有可能成为干扰源的辐射介质，因而铁路信号系统极易受到辐射干扰，影响整个系统的正常运作。传导干扰则是通过导电介质传播干扰电网络。在铁路信号系统正常运转过程中，由于机电或其他人工装置在工作中附带产生的电磁能量干扰无法避免，干扰源会通过系统中的各种导电介质，将干扰源从一个电网传输到另一个电网，影响设备正常功能的发挥。由于铁路信号系统的各种电阻、电容等电子元器件数量较多，传导干扰已成为铁路信号系统中常见而又无法杜绝的一种干扰方式。
2 牵引供电系统对铁路信号系统的干扰形式
2.1 电磁感应与辐射干扰
当电力机车从线路通过时，牵引电流流经接触网，由于此时的牵引电流是工频单向交流电，会使接触网周围产生交变电磁场，以辐射或耦合的形式使周围通信线路产生电磁交链，导致通信线路产生沿着导线纵方向的电磁电动势。若通信线路与接触网距离较近，纵电动势会对信号产生干扰，甚至引发各种危险事故。一般情况下，电磁感应在距离传输通道100m左右时，便会对通信线路产生影响。牵引电流会随着时间的变化而产生波动，除在通信线路中产生纵电动势外，还会在整流电流的过程中出现大量高次谐波，产生谐波感应电压，即通常所说的杂音，并且随着牵引电流的增大，纵向电动势和杂音电压也会随之增大，进而影响到铁路信号系统的正常运转。
2.2 电流回流时引起的传导性干扰
铁路信号系统是利用扼流变压器将牵引回流与轨道电路系统沟通，实现信号的高效传输。然而，在实际运行过程中，牵引电流流经与两根钢轨相连的两个牵引线圈时的电流并不相等，且扼流变压器难以对这种不平衡电流进行及时调节，进而由于电流的不平衡产生电磁干扰和杂音干扰，影响通信线路的信号传输质量。此外，两根钢轨内的不平衡电流如果瞬间增大，超出正常范围，或由于接触网放电、扼流变压器设计容量较小以及回流径路设计不合理等原因引起总牵引回流超标，会导致钢轨连接的各种设备因电流过大烧毁损坏，给企业造成巨大的经济损失。
2.3 电力机车的感应性干扰
流经钢轨的电流的大小随着电力机车的位置和电力机车用电量的变化而不断改变。电力机车在正常运行时，各轨道电路区段的工作电流不会发生变化，但随着电力机车上线运行台数的增多，尤其是大功率电力机车的增多，在钢轨中流过的牵引回流和轨道电路的工作电流会相应增大，与正常电流相差几百倍甚至上千倍，对弱电流造成影响，引发干扰，进而影响到信号系统的正常工作。通常，牵引回流要经过多个轨道电路区段，后传至回流线，在其经过传输渠道回到变电所的过程中，若未采取有效措施控制强电流，会造成电流的不平衡现象，导致牵引回流值超标、不平衡电流值超标或牵引回流不畅通，对轨道电路产生电化干扰，影响电路运行的稳定性。
2.4牵引供电体系的干扰方式
(1)牵引传导性干扰
牵引传导干扰，即电流不平衡形成的一种电磁干扰，它是造成铁路电路干扰的重要因素之一。钢轨是信号设备与牵引电流的载体，因为钢轨的阻抗比较大，且变压器的线圈是不对称的，电流也会对地泄漏，这样就会出现电流不平衡的现象。正是因为这样，变压器的两边就会出现感应动势，其值由两根钢轨之间的差相决定的，此时，如果这个差值超过了限制，轨道的继电设备就会受到影响。
(2)牵引电磁干扰
在高负荷运行的铁路线路中，会出现一定的电磁，此时，电缆中的相关信号就会受到这些电磁的影响，当电缆中的感应电动势达到一定水平时，就可能出现将信号电缆的绝缘皮击穿的风险，此时，行车安全就会受到严重的威胁。所以，在信号电缆上要做好屏蔽接地的工作，将干扰电流导出，即可抵抗电流的干扰。在接地时，具体选按照实际的情况选择对应的方式，如单端接地模式或双端接地模式。
2.5地线贯通的干扰方式
在信号电缆中，如果电缆线与电流相对称时，贯通地线的两边的信号电缆所得到的感应电动势是一样的，但是方向是相反的，因此，信号电缆的感应电动势是0;在信号电缆与贯通地线的电流输入点不对称且信号电缆中出现了感应电流时，感应电动势就会产生，在贯通地线的一端中，感应电动势出现峰值。通常情况下，在贯通地线工作正常的时情人眼里出西施，在线中出现的感应电动势应小于60V。而信号的电缆线中，其外皮一个较小电流波动都会在电缆中引起较大的感应电动势。当线路中的接触网出现故障的时候，其反应电动势的值会在30V以下;另一方面，贯通地线在出现故障时候，一般情况下是断线的。
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2.6弓网电弧电磁干扰
在电气化铁路系统里，电力驱动的机车工作环境是25kw的高压交流电。电机获取电能的方式是利用接触导线和受电的滑板之间的滑动，电力驱动的机车在工作过程中可能会出现弓网离线的情况，尽管电力机车运转过程中能承受瞬间的高温电弧，能维持受流的稳定，不过瞬间的高温电弧也会让电力机车受到较大影响。弓网产生的电磁干扰的表现如下所示。(1)牵引系统会受到弓网中产生地电弧地干扰。电力机车在受流阶段会因接触线和受电弓接触地不稳定地影响，容易让电车在运行时车速波动过大，甚至会使得电力机车系统整体恶化，使设备工作地稳定得不到保障，极大程度上影响着列车运行地平稳性以及供电质量;(2)牵引网电压会因弓网离线电弧的出现而突变，导致电源脉冲受到干扰。因为铁路系统中的电源网络同时负责这现场控制系统中的计算机系统以及电车的供电，所以信号电源系统会很容易受到弓网离线的影响，以至于计算机控制可能会在高幅值的脉冲出现时发生故障;(3)弓网离线电弧可能会导致高次谐波电压的产生。该电压可能会对轨道电路造成一定影响，以至于控制信号的故障;(4)弓网电弧离线会导致高频电磁噪声干扰的出现。在电弧产生时，会有大量能量释放，也会产生过电压，此外还会在周围空间中凝聚着数量较多的高频电磁波，而电弧引起的高频噪声会使得机车沿线以及机车内的通信信号受到干扰，甚至还会使得通讯信号发生中断。此外，机车的控制信号也会受到高频噪声的影响，对于机车的稳定运行来讲是一个较大的隐患。
2.7雷电电磁的干扰方式
在气候条件恶劣时，出现大量的雷云及放电的自然现象。雷云因为距离电面较远，是不会对铁路的信号系统出现影响。但是，当出现雷击的事故时，铁路信号设备所受到的影响就会非常地巨大。雷击对设备的影响主要有两种形式，一种就是对设备直接击中，这种情况的损害非常地严重，它会造成设备的损坏，甚至造成人员的伤亡。铁路的信号设备一般情况下是在信号的机械室附近的，因而在机械室安装防雷设施就能有效地防护被雷电直接击中的事故。而在信号防雷的设计中，会在信号机房设置法拉第笼，以此来防止被雷电的直接击中，另一方面，可以将室内建筑的钢筋结构焊接成一体，形成一个等电位连接，这样整个建筑在电气上是连通的，即可避免被雷电直接击中。雷击的另一种影响就是感应雷，这种影响不是直接的击中铁路的信号系统，是指雷电发生时附近的磁场因其发生了巨大的变化，在附近可能的导体中出了大量的电磁脉冲，这些电磁脉冲会随着导体进行传播，此时，铁路信号系统中敏感的电子元件就会受到冲击，至使信号系统的核心部分出现严重的损害。
3减小或消除电磁干扰的措施
3.1 选择合适设备
为有效降低牵引供电系统电磁干扰对铁路信号系统的影响，需结合实际的铁路信号系统运行与牵引供电系统电磁干扰方式，针对性实施应对措施。首先，可以通过选择科学合理的基础设施，保证整个系统的正常运行。在设备的选择环节，要根据供电系统的供电方式，通过对供电回路的合理设计，减轻电流回流时的电磁干扰，同时，根据列车的实际需要，选用合适的机车类型，综合考虑电缆及供电方式的选择，以此提高铁路信号系统的抗干扰能力。
3.2 构建电磁信号平衡体系统
科学选用设备是保证铁路信号系统正常运转的基础，但在实际工作过程中，采用合理的工程方案及正确的工程措施同样重要。在以直供方式进行供电时，加强回流线的对称设计可以延长供电回路，保证电流回流时不受电磁干扰影响，促使电流回流工作顺利进行。
3.3 合理优化施工工艺
为保证铁路信号系统的正常运转，需加强对各项抗干扰措施的设置，严格规范施工操作，优化施工工艺，确保整个工程质量符合技术要求。在实际施工过程中，需注意贯通地线的正确连接方式，严禁以电缆钢带连接或代替，同时应加强各类电缆连接线的施工工艺，确保施工人员严格按照施工方案及技术要求。此外，需注意对各类施工细节的施工，如螺丝的松紧、打轨道眼的距离长短等。通过对施工工艺的严格把控，减少干扰因素的产生。为保证供电系统的高效稳定运行，可将计算机联锁系统内部各微机之间的通信系统直接用光缆进行连接，减少干扰源的传播介质，有效提高系统的整体抗干扰能力。
3.4 牵引供电系统降低干扰信号措施
在利用牵引供电系统降低干扰的过程中，首先应注重牵引供电设备的正确选择。在选择牵引供电设备时，应充分考虑其供电方式是否具备抗干扰能力。当前，常用的供电方式为AT、BT以及同轴电缆供电。合理的供电方式可有效提高牵引电流回流路径的对称性，降低接触网中的电磁感应。同时，在选择电缆线路时，应尽量选用具备抗干扰能力的屏蔽线缆。此外，还应加强施工过程中的抗干扰能力，在施工过程中，严格按照施工要求，做好现场线路的安装与维护工作，并加强对各项抗干扰措施的应用，尽量减少信号干扰。
3.5 信号系统抑制干扰信号措施
对信号系统进行优化设计，从信号系统的各组成部分出发加强抗干扰能力控制，从而增强整个系统的抗干扰性能。首先，在选择变压器时，要充分考虑其抗干扰能力。扼流变压器依赖其内部结构与功能特性，可成功减少电力牵引回流时产生的干扰。而通过加大扼流变压器的铁芯气隙，可以减少供电过程中产生的巨大不平衡牵引电流，进一步达到降低干扰的目的。同时，新型扼流变压器中的适配器可对干扰源形成容性阻抗，通过与扼流变压器的共同作用，对电磁干扰源进行阻抗传输，从而完善信号传输线路，使干扰降至最小，实现铁路信号系统的安全运行。
4 结论
牵引供电形式因其强大的牵引力及低碳环保的特征，已被广泛应用于我国铁路系统，为保证我国列车的高速安全运行提供了技术支持。然而，供电系统在运行过程中对铁路信号系统的干扰现象愈发普遍，影响列车的正常信号传输，损坏信号设备，甚至导致安全事故的发生。为有效避免牵引供电系统干扰源的产生和干扰的入侵，需分析牵引供电系统的供电方式与构成，找出干扰源的产生方式和入侵途径，进而采取有效的应对策略。
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论文作者:浩聪慧
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/4
标签：干扰论文; 信号论文; 系统论文; 电流论文; 供电系统论文; 铁路信号论文; 电动势论文; 《建筑学研究前沿》2018年第34期论文;