小议弓网离线电弧电磁干扰

牛武斌 赵婷婷

（山西大学物理电子工程学院 山西 太原 030006）

随着我国电气化铁路的不断发展和完善，需要对通电网络进行有效的设计和安装，因为电力机动车所需的动力主要来源于铁路线上架设的接触网，其可以将电能传输给电力机车，同时电力机车还可以通过车顶受电弓进行滑动发电。 这种供电的方式中，电力机车的受电弓与接触网的接触尤为重要，如果受电弓与接触网发生分离，将会形成弓网离线电弧，电力机车不能正常运行，严重威胁到人民的生命财产安全。

1．弓网离线电弧产生的原因

1.1 接触硬点造成的弓网离线

接触硬点造成的弓网离线已经成为实践上诱发弓网离线的主要因素，而接触硬点就是我们经常提到的电弓间的接触压力、电力机车受接触网瞬间发生电压改变的地方。 实际上，接触硬点在整个电力机车的接触线普遍存在，对于一些大的零部件诸如接触线上的定位夹和接头线夹等，这些均容易使得受受电弓与接触线之间的接触压力突然发生变化而致使接触线出现硬点拉弧问题。 另外，因为接触线在很长一段时间的使用、磨损过程中会产生波状磨耗，这一问题同样也容易引起连续拉弧。

1.2 接触线材料与受弓网滑板不匹配

实际上，内部的接触线材料要做到颗粒细小且均匀分布，并且接触线的刚度设计要合理，只有这样才保证接触线上受电弓滑板能够平顺滑动，如果接触线内部材料颗粒过大或者分布不均匀，将会导致接触线上的刚度无法均匀分布，进而使电弓滑板沿接触线滑动时发生冲击，引发小型离线火花的出现。

2.弓网离线电弧带来的诸多危害

我们都知道，当今的电气化铁路一般是通过交流供电制牵引网来完成供电任务的，与此同时电力机车通过受电弓和接触网间存在的受流，来推动电动机车快速运行，如果电力机车在运行中，接触线及受电弓之间出现分离，将会在瞬间出现高温电弧，其虽然可以保证电力机车供电系统的供电线路不会突然中断，但是其会对弓网系统产生较大的危害，严重的时候还会导致弓网系统瘫痪。

2.1 弓网离线电弧会导致电力机车的不稳定运行

在电力机车的运行过程中，由于接触线和受电弓间接触的稳定性不好，从而导致电力机车偶尔出现受流间断的现象，对此，在电力机车运行中则会出现不正常的加速亦或是不正常的减速问题，对电力机车的牵引供电乃至正常运行均具有一定的威胁性。

2.2 电弧的高温会对弓网系统造成损害

据有关资料研发发现，高速铁路瞬间发生弓网离线，不仅会形成刺眼的强，而且还会形成比较强烈的火花，电弧的高温溶蚀作用通常会烧毁受电弓滑板和接触线，缩短受电弓和接触线的使用寿命，当多弓电力机车的受电弓同时发生离线电弧的时候，其产生的高温将会烧毁接触网，造成供电发生中断，从而导致电力机车慢慢失去应有的牵引力或者丧失制动力， 严重的时候还会导致整个牵引供电系统瘫痪，大大的危害到电力机车中的工作人员以及乘客的人身安全、 财产安全。

2.3 离线电弧的产生往往会伴随着电磁干扰的产生

受电弓离线拉弧的瞬间，既会有高能量与高温的释放发生，形成高幅值的过电压，而且还会不间断的向周围空间发射高频噪音，这样一来不仅会对电力机车沿线的通讯信系统和无线系统造成较大饿干扰，而且还会导致通讯间断或无线系统发出的信号失效。并且，高频噪音会在一定程度上影响电力机车控制的信，对正常运行带来不必要的干扰，给电力机车的安全运行造成无法估量的威胁和害处。

举例来说，在逐渐行驶过程中，当高速列车行至换道岔时，通常是由计算机系统来实现道岔位置切换的，如果计算机因电磁干扰而发出错误的控制信号，由此将会对列车上的乘客和列车的工作人员人身安全造成非常大的威胁，结果不堪设想。由此可见，怎样避免弓网离线电弧电磁干扰所带来的威胁是我们研究工作中的重中之重。

2.4 弓网离线电弧产生谐振过电压

在牵引供电系统中，受电弓离线电弧出现时，还会有过电压现象的发生，具体表现为电压出现畸形，非常之高的过电压会沿着受电弓开始慢慢向电力机车渗入，从而烧毁电力机车内部的大部分通电设备和相关仪器，这对牵引供电系统乃至电力机车的运行造成了较大的影响，严重的时候还会危及工作人员的生命安全。此外，弓网离线过电压中所形成的高频谐波分量，会在很大程度上影响电保护设备以及高压电气设备和，从而大大降低仪表测量精准度，削弱电气设备的性能，致使继电保护装置错误的工作。

3.预防弓引离线电弧的威胁

保证电力机车的高速、稳定、安全的运行取决于受电弓与接触网之间是否能够保持良好的接触受流，随着我国高速铁路运行速度和运输量的不断增大， 接触网和受电弓的分离将会形成一定强度的电弧，这对电力机车的发展和运行产生较大的影响。 为此，相关人员总结了如下措施，旨在防范电弓离线电弧。

要想预防弓网离线电弧所产生的威胁，我们要防止受电弓离线电弧的产生，从源头上处理弓网离线的现象，首先在接触线安装时要预留出安全度，其次，要采用质量轻、材料好的高性能受电弓和接触线，提高质量，增强接触线的张力，提高接触线的波动传播速度，改进接触网的结构和工作流程，确保设备的质量达到最优。最后，还要加强弓网受流监测系统的管理和控制，及时、准确的让管理和控制人员发现及解决问题，让威胁消灭在萌芽的时期。

在电力机车运行的过程中，弓网离线电弧所产生电磁干扰问题的威胁已经越来越突出，因此，我们要配备旁路滤波器于较为常用的抗电磁干扰系统当中。对于受电弓，要选用质量优越、耐磨性能高的受流滑板材料，同时还要配合受电弓并联方法，这样可以有效削弱单个受电弓离线过程中对无线电系统产生的干扰。 与此同时，在弓网受流系统中，可以适当的加入可被吸收的高频损耗材料，目的就在于削弱电力机车运行过程中产生的无线电干扰噪音。

4.电磁干扰、电磁干扰效应的概念

所谓电磁干扰，即发生在不同频段的任何可能中断、减弱或抑制通信设备信号传输，产生对有用信号造成干扰的电磁信号。 实际情况下，电磁干扰主要是通过电磁干扰源来发射一定频率的电磁能，并且借助某种传播方式进入设备当中，由此干扰设备运行，最后的结果及其作用便被称作是电磁干扰效应。 按照传播的途径，电磁干扰的类型可以分为传导干扰和辐射干扰，而按照干扰源的特点可以分为高频干扰及低频干扰。

5.弓网电磁干扰的途径及其方式

5.1 弓网离线引发的高频电磁辐射干扰

总的来说，弓网离线诱发的高频电磁辐射干扰，主要是借助电磁波的形式弓网离线产生的高频噪音在空间介质中进行不间断的传输，从而对正常的通信系统和传输系统产生影响。牵引电流的急剧变化还会导致弓网离线产生瞬时突变干扰，导致信号发生错误，严重的会直接导致电力机车事故的发生。

5.2 由牵引回流诱发的传导干扰

在轨道系统中，高速铁路信号均会受到来自于扼流变压器设备的影响，在借助于扼流变压器在轨道中流向时，信号设备如果处于正常工作状态，将会在两个扼流变压器的线圈中形成一个方向相反、大小相等的磁通量， 从而造成牵引电流对相关信号设备产生较大的影响。而在实际情况下，因设备工艺不同、材料差异，而且有时会有弓网离线电弧的发生，这些均会造成轨道中牵引电流的不稳定，最终会烧毁轨道中的电气设备，诱发安全事故。

5.3 弓网离线对信号电源系统造成的干扰

弓网离线会诱发电网中的电压发生瞬时突变，从而造成脉冲干扰或电压波动现象，此外弓网离线对信号电源系统的干扰，最终会造成计算机的控制故障，严重影响到电力机车的正常运行，威胁乘客和列车工作人员的生命及财产的安全。

6.防护措施

在高速铁路运行的过程中， 因机车运行速度等因素的影响，将会导致区间越行站弓网发生离线的几率明显高于始发站及到达站，所以要采取措施来预防和解决离线电弧电磁干扰现象，主要方法是在区间站的通信机房和中间站的通信机房间设定相应的电磁干扰预防设备。

首先，相关人员需要加强对电力机车设备结构的研究，借助金属插箱与机柜结合的方法来构建多层电磁屏蔽结构，同时关键性的电路板芯片也应当采取电磁防护措施。 只有这样，才可以更好的解决弓网离线电弧诱发的电磁干扰。

其次，在大面积的通风口和散热孔上要覆盖金属网，使得金属网与机箱紧密联系在一起。而在机柜和机箱的装配接缝中应加入导电衬垫，同时机箱和机柜的外壳与保护需要进行可靠的衔接。此外，机箱材质的选择最好使用铝材，以此将机箱的屏蔽性能增强，减少电磁干扰所产生的巨大影响，增强电力机车的安全性能。

而在有着较为严重的弓网离线电弧电磁干扰区段，除采取上述防御手段之外，同时还需要运用专业的电磁屏蔽机柜于在重要设备机柜上，亦或是使用金属屏蔽网来覆盖整个通信机械室的墙面，增强屏蔽的效果。

最后，在日常的维修和护理设备时，我们要定期地对导电衬垫、机柜门和柜体间的衔接进行系统的检查，从根源上来保证机柜、机电设备之间的可靠连接，从而达到屏蔽电磁干扰的效果，促进电力机车的正常、平稳、安全的运行。

7.结束语

总而言之，我国高速铁路的建成、营运，以及动车组的使用，所诱发的离线电弧情况将会越发频繁，而且其中产生的电磁干扰现象也会逐渐变得严重起来，对此，相关人员务必要积极采取措施，预防和控制弓网离线电弧电磁干扰问题，降低乃至避免电力机车由于弓网离线电弧电磁干扰而产生的严重后果，增强我国电力机车的安全性、稳定性，从而最大限度的保护人民的生命财产安全。

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