电磁干扰对铁路信号的影响及应对措施

2020-11-24李正文大秦铁路股份有限公司侯马电务段

数码世界 2020年3期

李正文大秦铁路股份有限公司侯马电务段

前言

列车能否顺利安全运行，受多方面因素影响，电磁对铁路信号的干扰是一个其中一个相对突出的方面。在牵引供电系统、雷电电磁、贯通地线等的影响下，都可能出现电磁干扰。而一旦出现该现象，可能会使得列车无法停止、走上岔路，这些后果将进一步扰乱铁路运行秩序、影响行车安全，甚至造成严重经济损失和人员伤亡，因此必须对其进行有效控制。

1 电磁干扰铁路信号可能造成的后果

铁路信号对列车的运行具有重要的导向和协调作用，如果信号受到外在电磁等因素干扰，很可能出现列车无法停止的问题。比如，受电磁干扰，正常信号可能发生提前或滞后发送出去的问题，如果铁路系统本身不能对这些接收到的信号做正确辨认，就可能造成旅客滞留、运输秩序被扰乱的现象。再者，列车很可能会走岔路，因为电磁干扰会引起正常信号紊乱的问题，列车就无法据此对行程进行妥善规划、对速度做合理设置，甚至因为收到错误指令导致列车偏离轨道，这无疑会对整个列车及其承载的乘客构成生命财产的安全，进而引起严重的铁路交通大范围瘫痪现象。

2 电磁干扰对铁路信号影响分析

2.1 牵引供电系统

铁路信号受干扰，其首要干扰源表现在牵引供电系统方面，其干扰作用的形成包括几个方面。其一，是牵引传导性干扰，由于轨道电路与列车牵引回流载体相同，而铁路信号系统在连接铁轨时，需要扼流变压器发挥媒介作用，铁轨连接时两线圈匝数相一致，牵引电流磁通量方向相反，当磁通量大小保持一致时，就不会对信号设备造成不良影响，但是在钢轨阻抗大小、对地泄漏等因素影响下，会出现牵引电流不平衡现象，导致电子设备损坏、信号失真等情况出现。其二，牵引电磁干扰，因为在列车行驶途中存在大量的高负荷线路，后者极易引起对列车信号进行电磁干扰的现象，从而导致信号电缆出现感应电压，信号准确率和质量被迫下降、信号线绝缘击穿等不良后果，这会对整个列车的行车安全性造成损伤。其三，接地电位上升，大地与贯通地线二者间存在漏电流现象，当在大地接收漏入电流的环节中，周围的大地电位、电缆接地电位会随之明显升高，只要发生短路问题，便极易诱发后续一系列的电气、信号设备故障。

2.2 雷电电磁干扰

铁路在日常运行中，受到外界电磁干扰是极为常见的问题之一，我们不能将原因单纯归结在外在的电磁本身，还要考虑铁路系统本身的固有特征。究其本质，铁路信号是将弱电系统作为主要支撑，对信号辐射等问题有高度敏感性，这就埋下了对铁路行车状况构成安全方面的威胁的隐患。就电磁干扰这一特定情况而言，干扰对象包括了铁路系统中的电子元器件、信号传输通道等多个方面，这会在很大程度上影响列车的整体功能。而铁轨的建设、列车的行驶本身就是要跨越广阔的地域，在列车可经过、铁路信号可覆盖的这一广大区域内，不可避免地会受到其所处环境的各种各样的影响。雷雨天气是环境影响中最突出的方面之一，也是干扰铁路信号的罪魁祸首。雷电天气下，因为大气层内所含雷雨云发生了极性变化，与极性相反的云层彼此触碰出现放电现象，进而引发雷击问题，特别是出现感应雷和直击雷等情况，将对铁路信号形成巨大的威胁。感应雷指的是云层放电情况下形成相当面积的电磁场，导致铁路系统的电子元器件、导体等被卷入其中，导致精密元器件发出电磁脉冲，这些都会对信号的输送形成扰乱效应尤其在铁路系统中的自检防护模块预应力比上述所说的脉冲力更小时，还可能引起信号系统完全瘫痪的严重后果，这将带来难以估量的损失。而直击雷则是最容易干扰铁路信号的一个因素，云层电子在作用于信号系统后，因大量电荷影响，系统设备可能被损伤，系统不得不面临衰减式传输的局面。为防止直击雷所造成的巨大损失，铁路系统目前采取了在主操控室加装专业避雷装置等手段，但在技术不断升级的背景下，信号系统所具备的往往是更为精密的设施，避雷设备往往不能如愿发挥保护作用；为改善避雷效果，借助法拉第笼的原理对设施做全面防护处理，成为一种全新思路。

2.3 贯通地线的影响

如果铁路系统中的贯通地线的电流注入点和信号电缆对称，这时电缆输入点两侧的电缆会形成值为0感应电动势，但方向相对。如果二者处于不相对称的状况，输入点电流就会形成大于0感应电动势，特别是位于信号电缆附件的地线，会存在一个峰值最大的感应电动势，这就会对信号设备构成直接而迅速的影响。一般来说，贯通地线若处于顺利运转状态，就要将感应电动势严格控制在低于60V的数值范围。虽然在信号电缆外层所形成的电流并不大，但其内部的感应电动势却往往数值可观；而在接触网异常导致信号受干扰的情况下，所对应的感应电动势往往会存在低于30V的情况。

3 电磁干扰解决措施探析

3.1 屏蔽技术

屏蔽技术作为保护铁路信号的一种基本手段，其在正式使用环节，可以划分为静电、电磁屏蔽的不同类型。在这两种技术中，静电屏蔽技术更多是以设施体系在运转时所形成的电感应磁场、恒定型磁场等作为主要对象，对其进行必要的控制处理，避免设施静态下所对应的磁场效应对信号的正常输送形成不利影响。与之对应的，电磁屏蔽技术则是将线路信号形成的交变磁场、交变电场作为对象加以妥善处理，为了对系统设施做必要的电场屏蔽，就要求工作人员把将金属材料当作导体，由其完成信号精准输送的任务，一般来说，金属导体的一侧会直接和地表相接，以确保电流、信号等可以有效从地表导出；由金属材料充当电导体，可以充分利用其具有的高导电、低导磁优势特征，将其连接到低频电场、高频磁场中去，从而达到导体设备的多形式运用的目的。

3.2 牵引供电系统方面

对牵引供电系统加以处理，工作人员往往会采用在轨道上增设扼流变压器从而增大铁芯电流的方式，或者设置LC电流从而构成并联谐振，对外部环境的电磁干扰形成屏蔽作用。因为ZPW-2000轨道电路给牵引电流基波带来的影响整体比较小，甚至可能是断路，这就达到了电流彼此平衡的效果。此外，轨道电流往往选择较高偶次谐波为载频尽可能地削弱牵引电流对其的影响。

3.3 雷电方面

通过将避雷网视为接闪器，并在信号楼对避雷带完成敷设，有效避免雷电不良影响，在正式操作中，要完全根据相关要求落实，保证避雷带敷设达到合理标准。其次，可以在外墙位置均匀敷设引下线，确保电器线路距离处于5~10m之间的范围，并且满足综合接地装置连接要求；再者对法拉第笼进行应用，使之作为信号机房电磁屏蔽形式存在，在保持接地状态的同时，对室外信号设备进行安装，可以达到屏蔽衰耗空间电磁场效果。