浅谈电气化铁路对仪表着陆系统的干扰影响

2017-11-07邹杰

科技与创新 2017年21期

关键词：输电线信标电气化铁路

邹杰

（中国民用航空局第二研究所，四川成都 610041）

浅谈电气化铁路对仪表着陆系统的干扰影响

邹杰

（中国民用航空局第二研究所，四川成都 610041）

目前，随着我国机场建设和城市交通建设的飞速发展，综合交通枢纽的建设将会越来越多，但在规划和建设过程中，时常会遇到周边电气化铁路建设和运行影响仪表着陆系统正常运行的情况。介绍了电气化铁路对机场仪表着陆系统的影响，提出了电气化铁路对仪表着陆系统有源干扰的分析方法，以协助评估电气化铁路在机场周边建设的可行性。

仪表着陆系统；电气化铁路；航向信标台；下滑信标台

目前，仪表着陆系统是应用最广泛的飞机精密进近和着陆导航系统，对飞机的安全下降至关重要，但易受到场地及周边电磁环境的影响。在当前综合交通枢纽机场中，高速电气化铁路主要采用AT自耦变压器供电方式。本文分析了AT供电方式电气化铁路对仪表着陆系统的有源干扰影响，并提出分析方法，以协助评估铁路建设与机场建设的可行性。

1 电气化铁路（AT供电方式）的有源干扰

电气化铁路的牵引动力是电力机车，所需能源由电力牵引供电系统提供。牵引供电系统主要是指牵引变电所和接触网两大部分，是主要的有源干扰源。

AT方式牵引供电系统主要由接触悬挂、钢轨、自耦变压器、馈线和保护线组成，能产生干扰信号的部位主要有高压输电线、锚段关节、牵引变电所、AT所。电气化铁路各关键干扰设施设备分布在整体铁路沿线，在电气化铁路的整个运营期间，高压电流贯穿在各个设施设备中，尤其是在列车运行时会产生电压波动和电磁干扰信号。本文将测试、分析各干扰关键设施设备（高压输电线、锚段关节、牵变所和AT所）在铁路运行中对仪表着陆系统的干扰影响，以计算电气化铁路对仪表着陆系统的防护距离，即电气化铁路与仪表着陆系统信号作用区域之间的安全距离。

2 对电气化铁路的防护距离分析

2.1 仪表着陆系统的覆盖和服务范围

仪表着陆系统主要由航向信标、下滑信标设备组成，负责向指定区域发射调制的电磁信号，引导飞机进近着陆。当有源干扰信号落入仪表着陆系统的关键工作区域并超过其电磁保护限制时，会影响航空器对航道信号的接收和判断，进而影响飞行安全。仪表着陆系统的天线具有方向性，其工作区域即为一定范围内发射信号的覆盖范围，相同频率干扰信号落入系统工作区域时应满足设备电磁环境的防护规定。对于航向信标设备，其工作频率范围为108.1～111.95 MHz，发射一水平极化的扇型合成场型，信号覆盖区内的最低信号场强为40 μV/m（32 dBμV/m）。下滑信标台工作频段为328.6～335.4 MHz，其发射一水平极化的扇型合成场型，下滑信标天线正前方（与跑道平行）水平方向、垂直方向0.45θ～1.75θ（θ为下滑角）之间，信号覆盖不小于18.5 km，信号覆盖区内最低信号场强为400 μV/m（52 dBμV/m）。

2.2 高压输电线的干扰影响分析

高压输电线是电气化铁路的主要组成部分，贯穿着整体铁路，其无线电干扰主要是由电晕引起的，干扰电平随频率增加而减小，随距离增加而衰减。根据我国运行线路实测的3 800个数据综合分析表明，无线电干扰水平随着横向距离的增加而迅速减弱，一般情况下，距线路边相导线100 m处，无线电干扰水平已降到很弱的程度，在50 m左右衰减到导线正下方水平的50%（1 MHz），而在1 km以外即可忽略。其综合横向衰减曲线如图1所示。

图1 无线电干扰横向衰减曲线

从频率与干扰水平的关系曲线图（图2）中可见，当干扰频率在0.5 MHz以下时数据比较分散，但随着频率的提升，干扰水平逐渐下降。当频率在0.5～30 MHz范围内，干扰水平随着频率的增加而急剧衰减。

一般情况下，无线电干扰对中波频率的影响较大，而对30 MHz以上的信号影响不大。

图2 频率特性曲线

根据图2中高压输电线的频率特性曲线，在高于20 MHz频段，高压输电线的干扰场强小于10 dBμV/m。仪表着陆系统的干扰防护率为20 dB，高压输电线造成的干扰满足以下公式：

式（1）中：E干扰为高压输电线的干扰场强，dB μV/m，场强单位下同；D为仪表着陆系统的干扰防护率，dB；ES最低为仪表着陆系统的最低覆盖场强。

因此，高压输电线对仪表着陆系统的电磁干扰可忽略。

2.3 锚段关节的干扰影响分析

锚段关节在未通过列车时与高压输电线干扰相近，在列车通过时会产生电弧引起瞬时干扰信号。通常在仪表着陆系统使用频段范围内，有列车经过时铁路产生的干扰信号会比无列车经过时产生的干扰信号强10～20 dB。

航向信标和下滑信标信号覆盖区最低信号场强分别为32 dBμV/m和52 dBμV/m，根据国家标准GB 6364中对航向信标台、下滑信标台电磁环境的要求，航向信标台和下滑信标台对各种有源干扰的防护率均为20 dB，即干扰信号分别到达航向信标和下滑信标工作区域时不应超过12 dBμV/m、32 dBμV/m。

电磁波传播的信号场强计算公式为：

式（2）中：ES为信号场强；P为有效发射功率，W；d为计算点至下滑台的距离，km。

由于有效发射功率相同，对式（2）扩展得出ES1+20lgd1=ES2+20lgd2.根据现场测试所得出的工作频段内的最大干扰场强，依据电磁波传播的信号场强计算公式和国家标准GB 6364，可以计算出锚段关节对航向信标和下滑信标信号的干扰防护间距。

2.4 AT所和牵引变电所的干扰影响分析

在AT供电方式中，铁路沿线每隔10～15 km会有自耦变压器（即AT所），牵引变电所中主要设备为牵引变压器。变压器在工作时通过的牵引负荷会产生剧烈变化，外部线路也会产生频繁短路情况，具有较强的电磁干扰辐射。利用上述公式可分别计算出AT所、牵引变电所对航向信标和下滑信标信号的干扰防护间距。

2.5 仪表着陆系统分析

航向信标台和下滑信标台相比，更易受到电气化铁路的干扰影响，同时，航向信标台与下滑信标台的工作覆盖区相互重合，且航向信标台工作覆盖区更大，当电气化铁路对航向信标的防护距离满足时，下滑信标台也满足干扰防护要求。本文中以仪表着陆系统标准的覆盖作为分析范围，在实际情况下可根据飞行程序以仪表着陆系统的有效服务区作为分析范围，同时，以实际的电测数据计算和分析电气化铁路的防护间距。