李祥瑞

（重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402160）

一、電力機車電磁輻射的形成

軌道機車要急速行駛，應(yīng)當(dāng)裝設(shè)功能強大的動力系統(tǒng)。當(dāng)下，一般K字頭火車的動力系統(tǒng)的功率普遍為2W到3MW之間。根據(jù)國務(wù)院制定的中長期鐵路規(guī)劃，我國將開行時速達(dá)300公里以上的高速列車。行駛速度如此大的列車，需要的動力系統(tǒng)系統(tǒng)功率將達(dá)到10MW左右。就目前技術(shù)條件，為如此高功率的列車提供動力，一般均采用電動力系統(tǒng)。所以，在我國高速列車均采取電力機車。電力機車從供電網(wǎng)中獲取能量，電力機車本身不裝設(shè)功率產(chǎn)生設(shè)備，也不攜帶其他一次能源，其能量來源均由電力網(wǎng)提供。電能是有發(fā)電廠產(chǎn)生，利用升壓變電站升壓傳輸?shù)浇祲鹤冸娬?，再引入到鐵道專用變電站。從鐵道專用變電站的出線端引出配線網(wǎng)絡(luò)到鐵道接觸網(wǎng)上端，利用回流連接線與受電弓、車輪及鐵軌，形成了電流流通路徑，此時電力機車通電。具體可參見圖1。

在傳統(tǒng)的電力機車的動力供配電系統(tǒng)中，曾有多種不同的供配電形式出現(xiàn)，主流的有供電方式有單相工頻交流方式、單相低頻交流方式、直流方式等。經(jīng)過多年鐵路的工作者的實踐，最終確定電力機車的供配電的系統(tǒng)采用單相工頻交流方式。通過交流為電力機車的行駛提供動力有相比其他方式具有很多的優(yōu)勢。但工頻交流電必然對外發(fā)射工頻電磁波，同時由于與鐵道附近的電磁環(huán)境相互影響，還必然發(fā)射高頻諧波輻射。這些電磁輻射對于周邊的電氣設(shè)備、通信設(shè)施必然會產(chǎn)生一定的影響。

二、電力機車形成電磁輻射的原因

電力機車行駛時形成的電磁輻射主要原因是受電弓與導(dǎo)線的聯(lián)系問題。受電弓與導(dǎo)線之間本來就存在著接觸電阻的問題。行駛中的電機機車受電弓和電網(wǎng)絡(luò)更加不可能嚴(yán)密的接觸。這個接觸面的等效電路模型，不能夠單純的是一個電阻模型，而是一個由電阻、電容和電感共同構(gòu)成的模型。同時，由于電力機車在行駛時，受電弓與導(dǎo)線之間的接觸面的緊密程度在不斷地變化，它們之間的等效電路模型參數(shù)亦在不斷變化。這致使流過機車的電流產(chǎn)生高頻諧波分流，對外發(fā)射高頻電磁諧波。電力機車電磁輻射，大概有一下幾種形式。

圖1 電力機車供配電系統(tǒng)

（1）電力機車在啟動和進站時，時速相維持在低位，行駛相對穩(wěn)定。此時受電弓在供電網(wǎng)導(dǎo)線下方平滑移動，銜接相對嚴(yán)密，基本未有形成顯然的縫隙，電磁輻射較弱。這時候機車通過電流波形產(chǎn)生畸變原因在于，導(dǎo)線和受電弓的表平面由于存在著損耗，相互的表面都不夠平滑。這種畸變電流在機車重載運行時，變現(xiàn)的愈加明顯?；冸娏鲗ν庖廊灰l(fā)射高頻電磁波，產(chǎn)生電磁輻射。相對而言，此類電磁電磁輻射的能量層級比較弱，同時隨著頻率的增大，幅值衰減得也比較厲害。

（2）電力機車在駛離車站開始高速運行時，因為導(dǎo)線表層存在許多的硬點，機車機車在經(jīng)過這些硬點時，將完全與導(dǎo)線脫離。此時，供電網(wǎng)對機車的供能，將有電弧的參與。電弧的流經(jīng)路徑和電流大小難以控制，時刻變化。電弧電流包含大量的的高次諧波分量，并且能量層級很高，對外將發(fā)生較為強烈的電磁輻射。

除此之外、電力機車裝設(shè)的其他設(shè)備，比如整流設(shè)備、變壓器等等都會形成一定的電磁輻射。整流設(shè)備是由非線性的電力電子器件構(gòu)成，其工作形式是在電力電子器件不停在截止區(qū)和飽和區(qū)轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到交直流轉(zhuǎn)換盒變頻的目的。在此過程中，必將產(chǎn)生高頻電磁輻射。變壓器采用了很多鐵磁材料構(gòu)成，由于其鐵磁材料工作超過其線性區(qū)，使得不同相位的電流非等比例變化，從而造成高頻電磁諧波。此類電磁輻射，能量層級相對于受電弓與導(dǎo)線之間產(chǎn)生的電磁輻射而言較小，同時還受到機車的屏蔽，對周圍環(huán)境影響比較弱。

總之，電力機車電磁輻射產(chǎn)生原因主要是由于列車行駛時其受電弓與接觸網(wǎng)的銜接情況不斷變化，導(dǎo)致其等效電氣參數(shù)不斷變化，從而產(chǎn)生了不平衡電流，形成了對外發(fā)射和嚴(yán)接接觸網(wǎng)傳導(dǎo)的電磁輻射。電力機車電磁輻射的形成及傳導(dǎo)情況如圖2所示。

三、電力機車電磁輻射對周邊環(huán)境的影響及對策

電力機車在運行時，將產(chǎn)生一定的電磁輻射。而鐵道沿路有可能布置著各種電氣電信設(shè)備，例如超短波通信臺、廣播電視臺、雷達(dá)信號臺等等設(shè)施。電磁輻射不可避免會對此類設(shè)備構(gòu)成干擾。為此，相關(guān)部委對不同的電氣設(shè)備制定了不同的國家標(biāo)準(zhǔn)，對電力機車及其相應(yīng)的鐵道沿線的各類電氣設(shè)備的間隔距離做了詳細(xì)的規(guī)定，以避免互相干擾

寺廟園林最早出現(xiàn)于公元4世紀(jì)。東晉太元年間（公元376—396年），僧人慧遠(yuǎn)在廬山營造東林寺。據(jù)慧皎《高僧傳》：“卻負(fù)香爐之峰，傍帶瀑布之壑；仍石壘基，即松栽構(gòu)，清泉環(huán)階，白云滿室。復(fù)于寺內(nèi)別置禪林，森樹煙凝，石徑苔生。”這便是在自然景觀環(huán)境中設(shè)置人工禪林的先驅(qū)。

圖2 電力機車電磁輻射的形成及傳導(dǎo)圖

鐵道建設(shè)是一個長期過程，部分由于歷史原因，嚴(yán)格按照國標(biāo)建設(shè)有一定的困難。這需要充分比較平衡國防、人文、自然之間的相互影響。從鐵道自身建設(shè)的角度來說，要減少電力機車在急速行駛的過程中形成的電磁輻射，則應(yīng)道使得鐵道路徑盡量平直，采用高質(zhì)量的受電弓，協(xié)調(diào)弓網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)，從而達(dá)到降低受電弓的瞬間的離線率。而從受干擾方的角度說，應(yīng)當(dāng)增加設(shè)備的可靠性，提高儀器的有效輻射率，糾正信號采樣功率因素，對部分采樣設(shè)備進行改造。

以下就電力機車軌道附近容易受到干擾的設(shè)施及其抗干擾措施作概括描述：

1 民航航站樓

民航航站樓里面的導(dǎo)航裝置，是機場和航班進行通信的設(shè)施，向航班傳遞角度、航線和其他信息，以確保航班的平安運行。

電力機車在行駛過程中形成的電磁輻射，將干擾到航站樓讀取航班的信息，并在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的過程中造成信息的丟失，威脅航班的正常運行。

目前針對航站樓的電磁輻射主要可以采取以下措施

（1）增加電力機車的軌道與民航航站樓的相對距離，使得電力機車的產(chǎn)生的電磁輻射對航站樓的影響，降低到可接受水平。同時，依據(jù)先行建設(shè)單位優(yōu)先的原則進行協(xié)調(diào)。

（2）由于接組網(wǎng)的電力分相屬于強輻射源，在航站樓附近，盡量不設(shè)置分相設(shè)備

（3）提高航站樓傳輸型號的能級強度，加強其抗干擾能力，增強其信噪比，以確保航班的安全穩(wěn)定運行。

2 信號雷達(dá)臺

（1）對等級較低、符合遷移標(biāo)準(zhǔn)的雷達(dá)臺，可對其實施遷移。

（2）對于核心中樞的重要雷達(dá)臺，可以與高鐵方面進行協(xié)商，從產(chǎn)生電磁輻射源頭降低干擾信號的強度。

（3）對雷達(dá)臺進行技術(shù)改造，提高屏蔽電氣輻射的技術(shù)條件，加強雷達(dá)的抗干擾能力。

3 短波側(cè)向站

短波側(cè)向站一種運用信息傳輸與處理技術(shù)，采樣與收集短波信號，通過對信號的系統(tǒng)分析判斷信號的來源。電力機車行駛過程中形成的電磁輻射，本身就是一種無線干擾信號，尤其是其中的高頻輻射，會直接被側(cè)向站所采集，干擾測向的判斷。目前可以主要采取的對策如下：

（1）對于影響嚴(yán)重，干擾厲害的測向站，先考慮對測向站的信號采集系統(tǒng)進行遷移，但應(yīng)當(dāng)盡可能不對測向站整體進行遷移。從國防角度出發(fā)，信號測向是個系統(tǒng)工程，不應(yīng)當(dāng)進行遠(yuǎn)遷。

（2）電力機車的軌道應(yīng)當(dāng)盡可能平直，降低電磁輻射的產(chǎn)生。

（3）提側(cè)向站高濾波、隔離及定位的能力，改進測向站的可靠性。

4 收信站

收信站尤其是超短波授信站，負(fù)責(zé)國防、安全、海事等關(guān)鍵部門的信息傳遞任務(wù)。電力機車在行駛過程中將形成電磁輻射，高頻輻射將與短波信號進行疊加，使得信號丟失信息。對收信站可以采用以下措施：

（1）改造軌道建設(shè)，從源頭減少形成電磁輻射的因素

（2）提高收信站采集信號的能力、改變收信站分析信號的方法

（3）對收信站在一定地域內(nèi)進行遷移

5 廣播電視中繼站

廣播電視中繼站，是接收廣播電視信號，并通過相應(yīng)的方法對信號的幅頻和相頻特性進行調(diào)整，增大信號的能將，并將廣播電死信號發(fā)送到地方發(fā)射臺，以供用戶接收。電力機車產(chǎn)生的電磁輻射會疊加到廣播信號中，使得用戶的電視畫面出現(xiàn)雪花，廣播聲音出現(xiàn)雜音。嚴(yán)重影響收聽收視效果。對電力機車的電磁干擾，可采取以下措施。

（1）提高濾波措施，濾除相應(yīng)干擾

（2）增強信號信號傳輸?shù)奶卣鼽c，使得后繼信號站能夠更加容易得從噪聲信號中提取有用信號。

（3）另行選址建設(shè)新的廣播電視中繼站

電力機車在行駛過程中，將不可避免的產(chǎn)生電磁輻射。減少電磁輻射的干擾，最直接的措施是采用屏蔽的措施。最佳的屏蔽方式是在讓電力機車在完全封閉的、有鐵磁材料構(gòu)成的隧道中運行。這方法成不過高，不易施行。但在對電氣環(huán)境要求較高的路段，進行半封閉的屏蔽建設(shè)，也能起到很好的屏蔽效果，同時還可以抑制噪音。此外、提高受電弓的質(zhì)量、增加鐵道輸電功率的穩(wěn)定性，都可以減少電力機車的電磁輻射。

[1]GB/T 15708-1995 交流電氣化鐵道電力機車運行產(chǎn)生的無線電輻射干擾的測量方法 [S].

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