浅析铁路信息设备电磁干扰故障处理

李 辉

(郑州铁路局郑州电务段，河南 郑州 450052)

随着铁路高速客运、重载货运的迅速发展，机车牵引功率及牵引电流持续增大，使得设备之间电磁干扰的问题凸显，影响设备的正常运行。另一方面，CTCS-3 级列车运行控制系统使用了大量的电子和计算机设备，直接导致设备与设备之间产生电磁干扰。除此之外，雷电对电子设备的干扰，静电对电子芯片的损坏等，也在影响着信息设备所处的电磁环境。因此，铁路信息设备面临复杂和严重的电磁干扰(EMI)问题，如何更有效率地解决由此造成的设备故障成为值得探讨的问题。

1 铁路信息设备电磁兼容现状

近几年，高速铁路中信息设备的大量运用，在全面提升技术水平的同时，也出现了很多过去经验无法解决的故障与问题，其中很多都是由于看不见也摸不着的电磁干扰所致。在郑州铁路局郑州电务段管内，就曾出现过几次电磁干扰故障，例如郑州站信号楼和薛店站新信号楼的行车调度室里联锁显示器失色问题，罗王车站信号楼车务终端音响间断没有声音的问题等。

这些典型故障案例最终都是电磁干扰导致的，可见铁路信息设备受到电磁干扰的情况不容小视。在安装信息设备的时候，必须做好电磁干扰实验，充分利用抗电磁干扰技术，保证设备在电磁场中可以可靠运行。有效的抗干扰技术可以减少电磁场对信息设备的影响。

2 抗电磁干扰技术

常用的抗电磁干扰技术有屏蔽、滤波和接地，具体介绍如下。

(1)屏蔽。屏蔽技术用来抑制电磁干扰绕着空间的传播，即切断辐射电磁干扰的传输途径，通常用金属材料或磁性材料把所需屏蔽的区域包围起来，使屏蔽内外场相互隔离。如果是阻止干扰源向外辐射场，则应包围干扰源，称主动屏蔽;如果是为了防止敏感设备受干扰辐射场的干扰，则应屏蔽敏感设备，称为被动屏蔽;也可以将其分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁屏蔽。

(2)滤波。主要用来抑制沿导线传输的传导干扰，包括对共模、差模干扰及浪涌的滤波。滤波器是由电感、电容、电阻等构成的频率选择性二端口网络，可以插入传输线中，抑制不需要的频率传播。能够无衰减地通过滤波器的频率段称为滤波器的通带，通过时受到很大衰减的频率段称为滤波器的阻带。

(3)接地。接地的含义是提供一个等电位点或等电位面。接地可以真正的接大地，也可以不接。接地的目的有两个:一是为了保护人身和设备的安全，免遭雷击、漏电、静电等危害，这类地线称为保护地线，应真正与大地连接;二是为了保证设备的正常工作，对设备进行屏蔽时很多情况下只有与接地相结合，才能起到应有的效果，称为工作地线。在这里，接地技术提供设备的保护地以及电磁干扰能量的泄放通道。

总的来看，室内信息设备电磁兼容性主要表现为两方面:系统内设备彼此之间的兼容性;系统与所处环境及同一环境中其他系统的兼容性。电磁兼容或者说是电磁干扰的消除应该是一个系统的综合方案，如果仅采取滤波、接地或者是屏蔽中的一种抗干扰技术手段，往往达不到预期的抗干扰效果，这就需要进行综合考虑，从几个方面同时入手，减少乃至杜绝电磁干扰的不良影响。

3 铁路信息设备电磁干扰故障分析

故障实例一:郑州站信号楼联锁显示器失色。郑州站运转室微机联锁控制台由4 块22 寸LED 显示器组成，自微机联锁系统改造完成后，4 块显示器先后出现过失色问题，即显示器应显示由红蓝黄三色组成的画面，但机械室微机联锁控显机通过VGA数据线传输的显示图像时常缺色，导致车站站场图显示不完全，轨道显示缺损，信号机灯色显示错误，直接影响郑州站行车安全。查找原因发现:主要是从控显机出来的视频数据线受到干扰所致。VGA 视频数据线本身抗干扰能力差，不适合长距离传输，加之郑州站运转室前台电子设备较多，显示屏幕多达30 多个，电磁干扰比较严重。因此，只有采用带有屏蔽设计的VGA 视频数据线，才能保证显示的正常。类似问题还发生在薛店站，该站信号楼联锁显示不正常，常常有显示拖影、偶尔闪屏的问题。经分析，考虑也是VGA 线没有屏蔽设计，造成电磁干扰现象所致，尝试使用有屏蔽的VGA 视频线进行测试，显示问题没有再发生。

解决此类故障，需重新铺设视频线。因机械室与运转室距离较远，重新布线困难重重，工作量很大。小小的电磁干扰造成了大问题，其影响因素必须引起重视，各电子设备在安装前就应充分考虑到。

故障实例二:东陇海线罗王站的调度集中控制系统(CTC)车务终端设备在运转室前台偶尔会出现无声音现象。该系统其他功能均能正常运行，没有发现异状。首先进行相关硬件设备测试与排查，该车站CTC 系统的音频线是从机械室的车务终端到KVM 多功能切换装置，出来后直接连到运转室前台的音响，该音频线为4 ×0.4 mm2的阻燃双绞屏蔽线。利用排除法进行故障处理，先后更换了音频延长线、运转室前台音箱、机械室CTC 系统车务终端、KVM 多功能切换装置，这些设备及线路在实验室测试中性能良好且均能正常工作，但在依次更换设备后，仍然存在声音时有时无的问题。

经过进一步研究与讨论，判断可能为电磁干扰所致。通过对周围环境进行调查，发现该站附近有一个高30 米左右的通讯发射塔，且距离运转室较近，具较高的电磁辐射与干扰，初步判断为主要干扰源。下一步是查找耦合路径，基于电磁干扰往往需要多种措施多管齐下的处理经验，我们采取了以下综合措施来消除电磁干扰对音频信号的影响。

(1)更换不同型号声卡，提高声卡抗干扰性。因为不同厂家生产的声卡由于印刷电路板(PCB)结构及元器件材质及布局的不同，不同频段电磁的抗干扰能力也不相同。由于缺少相关电磁辐射测量工具，我们采取更换声卡的方式来进行测试，将罗王站原来的ESS 公司的ESS Maestro2E 声卡更换为另一种抗干扰电气特性更强的声卡，即创新公司推出的Creative 系列声卡，其印刷电路板(PCB)结构具有较好的抗干扰效果，提高敏感元件的抗干扰性。

(2)加装磁环，合理接地，抑制电磁干扰的传输。一是对从机械室到运转室的音频线加装磁环，用于抑制音频线的共模噪声干扰，滤除音频线屏蔽层的干扰波形。注意线缆应与环内径密贴，不要留太大的空隙，这样导线电流产生的磁通基本上都集中在磁环内，增加滤波效果。二是对音频线进行合理的接地处理，抑制电磁干扰的传输，确保导线传输中电磁干扰降到最低。

通过上述两个方面的综合措施，一方面提高敏感元件的抗干扰性，另一方面抑制电磁干扰的传输，彻底解决了罗王站CTC 系统前台声音时有时无的故障现象。

通过上面两个实例的分析可见，铁路室内信息设备都是以计算机为核心的、完成不同功能的电子电气设备。传统的信号设备受到干扰后，通常只会造成功能下降，而计算机联锁、列控中心等电子信息设备遭受电磁干扰时，可能会导致逻辑错误或信息丢失，造成设备死机，引起误操作甚至失控，后果非常危险。因此，抗电磁干扰技术的应用显得愈发重要。

4 铁路信息设备维护及施工注意事项

由于室内信息设备的增加，电磁干扰问题日益严峻，如何有效地判断电磁干扰源，发现并降低其在传输途径的干扰影响，增强敏感器件的抗干扰性能，这就需要现场技术人员认识、学习电磁兼容及抗干扰知识，并把它们用到现场工作中。

一方面，在处理设备工作不稳定的故障或问题时，要能快速发现电磁干扰，继而有方法、有措施地处理故障;另一方面，更重要的是能在施工安装设备前就充分考虑到电磁干扰的问题。要加强电子设备的实验工作，确保设备在强电磁场中可以稳定运行;对各电子元件进行防电磁屏蔽处理，且安全接地;对有些需要在强磁场环境下工作的设备，需要加装滤波器，过滤强磁场。只有这样，才能最大程度地预防和减少电磁干扰的影响，保证行车电子设备可靠稳定运行，实现铁路安全运输。

［1］杨世武，沙斐.铁路信号电磁兼容技术［M］.北京:中国铁道出版社，2010.

［2］闻映红，崔勇，张晓燕.高速铁路CTCS-3 级列控系统无线信道电波传播特性研究［J］.铁道通信信号，2010，46(09):1-3.

［3］韩放.计算机视频屏蔽电缆的电磁泄露［J］.电子学报，1993，21(03):45-49.

［4］张成虎.基于声卡的噪声信号分析系统［D］.沈阳:沈阳航空工业学院，2010.