浅析电磁兼容性在电气化铁路中的应用

崔成刚

中铁电气化铁路运营管理有限公司淄博维管段 山东 淄博 25500

摘要：目前,电气化铁路电磁兼容性方面研究不全面且缺乏通过实践验证理论的问题。为了弥补不足,本文从整个电气化铁路系统入手进行全面的理论、实践研究、应用。

关键词：电磁兼容性；电气化铁路；应用

1绪论

1.1电气化铁路的定义

电气化铁路又称为电化铁路，指的是列车本身不具备提供动力的能力而只能依靠牵引供电系统来牵引列车前进的铁路。

1.2电磁兼容的发展背景

电磁兼容起步于19世纪末期，当时主要是对简单电磁环境有一个初步认识。20世纪中期，数字信号处理技术越来越普遍的运用到解决实际问题当中，同时也让电磁环境进一步恶化。

1.3研究意义

伴随着我国电气化高速铁路的大规模建设、整体提速，铁路建设也相继出现一些技术难题和发展瓶颈。电气化铁路运行时产生的电磁辐射可能对机车的电子电气设备及外部的设备等产生干扰。这就凸显了进行全面、深入电气化铁路电磁兼容性研究的必要性、紧迫性、实用性。

2电气化铁路电磁兼容概述

2.1电气化铁路的结构

电气化铁路与普通铁路的不同之处在于列车本身不具有提供动力的能力而只能完全依靠外部供电来驱动列车前进。

2.2电力机车的供电原理

牵引变电所将变压后的25kV单相交流电输送到接触网上,受电弓通过与接触线接触受流,将电能输送至电力机车上。

2.3电气化铁路的电磁环境

2.3.1电磁骚扰源

电气化铁路采用交流25kV高压供电，这就可能因供电质量的问题引起较强的电磁骚扰，同时列车与接触网的连接是通过受电弓滑动来连接的，这就可能会有离线、抖动等情况发生造成极强的电磁辐射，

2.3.2电磁骚扰途径

电磁骚扰本质上就是电磁能量的释放与接收，讨论电磁骚扰的途径其实就是研究电气化铁路系统中电磁能量交换的途径。从电磁学的角度来看，根据能量传播的途径不同电磁干扰可以细分为传导干扰与辐射干扰。

2.3.3周围的敏感设备

电气化铁路周围的敏感设备主要分为列车内部的敏感设备和列车外部的敏感设备，主要关注铁路系统的车外部分,因此车内干扰源及敏感设备都不作详细讨论。

3电气化铁路电磁干扰理论分析

3.1阻性耦合

电气化铁路系统在列车运行时，钢轨上面有电流流过。根据实际泄流状况、地电位发生变化的理论分析分为两种情况来进行讨论。

（1)单个泄流点处有电流流过时，在接地电阻上产生电压降，导致周围地电位发生改变；

（2)同时存在两个或多个泄流点时就会有回路形成，接地回路会形成感应电流从而引起地电位变化。由于泄流电流大和存在接地电阻R的原因会导致O点有较高的地电位。大地在任何一点都不可能达到绝对零电阻，地电位会有不同上升。这就形成了电压差，压差的存在使接地电流发生二次回流。由此可见，泄流点或接地极相互之间距离过近将存在较强的干扰，为防止产生相干性干扰，一般接地极相互之间保持8米～10米距离。

3.2感性耦合

电路的感性耦合又称为磁感应或磁耦合，由安培定律、奥斯特定律得知，在通电导线的周围有磁场分布，如果电流是交变的，那么磁场也是交变的，这时另一根导线处在这个交变磁场中，导线上会产生感应电动势。电气化铁路的感性耦合干扰就属于这类情况。

感性耦合产生感应纵电动势的大小主要取决于受干扰设备的接地状态、电流频率等与受干扰设备的平行长度等因素。接触网正常状态时电流相对较小，是“长期影响”，这时需要关注累积效应，接触网短路故障时情况相反，将通过正常工作时数倍甚至数十倍的电流，持续时间较短。

辐射耦合依靠“场”来对电磁能量进行传输，是所有电磁干扰中最复杂，最难准确计算预测的。辐射耦合主要来自列车内部的高频电子器件以及列车外部的弓网系统。本文只对外部辐射进行研究，将其分为固定存在和随机发生的电磁辐射。固定存在的主要包括接触网工频干扰和公共电网电流谐波。随机发生的电磁辐射主要指伴随弓网离线这一随机事件而产生的高频干扰。

4弓网离线仿真分析

4.1弓网离线分析

电气化铁路列车依靠受电弓与接触线接触来完成取流，受电弓通过滑动来保持与接触线连接。由于列车运行速度快，有可能会造成弓网离线。弓网离线通常会伴随电火花，称之受电弓离线电弧，这会造成非常强的电磁辐射干扰。弓网离线的原因比较复杂，受到多方面因素的影响。

（1）接触线上面突出的硬点极容易引起弓网离线。受电弓与接触线正常接触时会有一个稳定应力，当接触线上面出现煤烟颗粒或冰雪颗粒一类的异物时，应力会突然发生改变，由于弓网本来就保持高速运动，应力突变极易导致离线。

（2）吊弦线长度不适造成接触线不平顺是引起弓网离线的又一原因。由于受制作工艺、安装环境、环境温度等方面影响，接触线可能出现不平顺的情况。吊弦长度不一致导致接触线悬挂不平顺，这时应力会造成接触线波动，如果受电弓无法追随接触线的振动轨迹弓网离线无法取流也就发生了。

（3）接触线的质量直接决定了弓网离线的概率，尤其是材质极其重要。根据应力学分析用来制作接触线的材料颗粒过大或者刚度不均匀，会导致受电弓在随列车高速运动的时候沿接触线底面滑动受到一系列大小不一的微小冲击，伴随出现的还有弓网离线电火花。弓网离线发生的时刻，不仅伴随着高热量、高能量的释放而且会产生幅值很高的过电压同时伴随高频电磁辐射。这些都可能对电气化铁路本身及沿线的其它设备造成很大干扰，严重时会引起周围通信中断或无线电信号故障。

4.2预防措施

电气化铁路弓网离线是一个小概率事件，通常不易发生，也不易通过实验等方法进行测试。可是，这一事件一旦发生，就可能带来较强破坏性，我们必须采用切实可行的预防措施来降低风险。

（1）悬挂接触线时应留有合适的裕度，保证弓网不会因接触线绷紧或松弛而离线。同时，这样可以保证即使出现波动，也能在接触网上快速传播，而不影响受电弓受流，降低离线率。

（2）使用新材料，改善接触线、受电弓自身以及相对滑动时的物理性能。采用大张力、轻质量的材料研制接触线，可以提高接触线悬挂的平稳度，减小离线率；采用轻量化的材料研制受电弓可以提高它的追随性以减小离线概率，降低产生电弧的可能。

（3）加强监测系统管理，随时确保弓网系统在正常状态。一旦发现弓网系统存在离线趋势，尽最大努力将可能出现的弓网离线问题扼杀在襁褓中，在最大限度上避免该情况发生。

（4）加装高频吸收材料使得即使出现弓网离线电弧也能减小高频放电电流，从而达到减弱电磁辐射的目的。对于无法远迁的沿线电子电气设备，为了减小辐射骚扰可在接触网与设备之间悬挂金属导线阵列，这样即使出现弓网离线电弧也可以通过侧面金属导线阵列的屏蔽效果降低影响。

总结

回顾电气化铁路及电磁兼容的发展背景和历程，电气化铁路不断普及，列车车速不断加快的今天，深入研究电气化铁路电磁兼容性的重要意义。国外在这方面起步早、技术成熟、在很多方面的成果都得到了实践的验证，所以现行的标准、规章也大多由国外颁布；当然与国外的差距仍然不可否认，尤其是理论深度、成果延续性和实践验证与应用等方面还需要进一步发展。

参考文献

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