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        淺談電氣化鐵路對儀表著陸系統(tǒng)的干擾影響

        2017-11-07 06:23:38鄒杰
        科技與創(chuàng)新 2017年21期
        關(guān)鍵詞:電氣化鐵路輸電線信標(biāo)

        鄒杰

        (中國民用航空局第二研究所,四川 成都 610041)

        淺談電氣化鐵路對儀表著陸系統(tǒng)的干擾影響

        鄒杰

        (中國民用航空局第二研究所,四川 成都 610041)

        目前,隨著我國機(jī)場建設(shè)和城市交通建設(shè)的飛速發(fā)展,綜合交通樞紐的建設(shè)將會越來越多,但在規(guī)劃和建設(shè)過程中,時(shí)常會遇到周邊電氣化鐵路建設(shè)和運(yùn)行影響儀表著陸系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況。介紹了電氣化鐵路對機(jī)場儀表著陸系統(tǒng)的影響,提出了電氣化鐵路對儀表著陸系統(tǒng)有源干擾的分析方法,以協(xié)助評估電氣化鐵路在機(jī)場周邊建設(shè)的可行性。

        儀表著陸系統(tǒng);電氣化鐵路;航向信標(biāo)臺;下滑信標(biāo)臺

        目前,儀表著陸系統(tǒng)是應(yīng)用最廣泛的飛機(jī)精密進(jìn)近和著陸導(dǎo)航系統(tǒng),對飛機(jī)的安全下降至關(guān)重要,但易受到場地及周邊電磁環(huán)境的影響。在當(dāng)前綜合交通樞紐機(jī)場中,高速電氣化鐵路主要采用AT自耦變壓器供電方式。本文分析了AT供電方式電氣化鐵路對儀表著陸系統(tǒng)的有源干擾影響,并提出分析方法,以協(xié)助評估鐵路建設(shè)與機(jī)場建設(shè)的可行性。

        1 電氣化鐵路(AT供電方式)的有源干擾

        電氣化鐵路的牽引動(dòng)力是電力機(jī)車,所需能源由電力牽引供電系統(tǒng)提供。牽引供電系統(tǒng)主要是指牽引變電所和接觸網(wǎng)兩大部分,是主要的有源干擾源。

        AT方式牽引供電系統(tǒng)主要由接觸懸掛、鋼軌、自耦變壓器、饋線和保護(hù)線組成,能產(chǎn)生干擾信號的部位主要有高壓輸電線、錨段關(guān)節(jié)、牽引變電所、AT所。電氣化鐵路各關(guān)鍵干擾設(shè)施設(shè)備分布在整體鐵路沿線,在電氣化鐵路的整個(gè)運(yùn)營期間,高壓電流貫穿在各個(gè)設(shè)施設(shè)備中,尤其是在列車運(yùn)行時(shí)會產(chǎn)生電壓波動(dòng)和電磁干擾信號。本文將測試、分析各干擾關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備(高壓輸電線、錨段關(guān)節(jié)、牽變所和AT所)在鐵路運(yùn)行中對儀表著陸系統(tǒng)的干擾影響,以計(jì)算電氣化鐵路對儀表著陸系統(tǒng)的防護(hù)距離,即電氣化鐵路與儀表著陸系統(tǒng)信號作用區(qū)域之間的安全距離。

        2 對電氣化鐵路的防護(hù)距離分析

        2.1 儀表著陸系統(tǒng)的覆蓋和服務(wù)范圍

        儀表著陸系統(tǒng)主要由航向信標(biāo)、下滑信標(biāo)設(shè)備組成,負(fù)責(zé)向指定區(qū)域發(fā)射調(diào)制的電磁信號,引導(dǎo)飛機(jī)進(jìn)近著陸。當(dāng)有源干擾信號落入儀表著陸系統(tǒng)的關(guān)鍵工作區(qū)域并超過其電磁保護(hù)限制時(shí),會影響航空器對航道信號的接收和判斷,進(jìn)而影響飛行安全。儀表著陸系統(tǒng)的天線具有方向性,其工作區(qū)域即為一定范圍內(nèi)發(fā)射信號的覆蓋范圍,相同頻率干擾信號落入系統(tǒng)工作區(qū)域時(shí)應(yīng)滿足設(shè)備電磁環(huán)境的防護(hù)規(guī)定。對于航向信標(biāo)設(shè)備,其工作頻率范圍為108.1~111.95 MHz,發(fā)射一水平極化的扇型合成場型,信號覆蓋區(qū)內(nèi)的最低信號場強(qiáng)為40 μV/m(32 dBμV/m)。下滑信標(biāo)臺工作頻段為328.6~335.4 MHz,其發(fā)射一水平極化的扇型合成場型,下滑信標(biāo)天線正前方(與跑道平行)水平方向、垂直方向0.45θ~1.75θ(θ為下滑角)之間,信號覆蓋不小于18.5 km,信號覆蓋區(qū)內(nèi)最低信號場強(qiáng)為400 μV/m(52 dBμV/m)。

        2.2 高壓輸電線的干擾影響分析

        高壓輸電線是電氣化鐵路的主要組成部分,貫穿著整體鐵路,其無線電干擾主要是由電暈引起的,干擾電平隨頻率增加而減小,隨距離增加而衰減。根據(jù)我國運(yùn)行線路實(shí)測的3 800個(gè)數(shù)據(jù)綜合分析表明,無線電干擾水平隨著橫向距離的增加而迅速減弱,一般情況下,距線路邊相導(dǎo)線100 m處,無線電干擾水平已降到很弱的程度,在50 m左右衰減到導(dǎo)線正下方水平的50%(1 MHz),而在1 km以外即可忽略。其綜合橫向衰減曲線如圖1所示。

        圖1 無線電干擾橫向衰減曲線

        從頻率與干擾水平的關(guān)系曲線圖(圖2)中可見,當(dāng)干擾頻率在0.5 MHz以下時(shí)數(shù)據(jù)比較分散,但隨著頻率的提升,干擾水平逐漸下降。當(dāng)頻率在0.5~30 MHz范圍內(nèi),干擾水平隨著頻率的增加而急劇衰減。

        一般情況下,無線電干擾對中波頻率的影響較大,而對30 MHz以上的信號影響不大。

        圖2 頻率特性曲線

        根據(jù)圖2中高壓輸電線的頻率特性曲線,在高于20 MHz頻段,高壓輸電線的干擾場強(qiáng)小于10 dBμV/m。儀表著陸系統(tǒng)的干擾防護(hù)率為20 dB,高壓輸電線造成的干擾滿足以下公式:

        式(1)中:E干擾為高壓輸電線的干擾場強(qiáng),dB μV/m,場強(qiáng)單位下同;D為儀表著陸系統(tǒng)的干擾防護(hù)率,dB;ES最低為儀表著陸系統(tǒng)的最低覆蓋場強(qiáng)。

        因此,高壓輸電線對儀表著陸系統(tǒng)的電磁干擾可忽略。

        2.3 錨段關(guān)節(jié)的干擾影響分析

        錨段關(guān)節(jié)在未通過列車時(shí)與高壓輸電線干擾相近,在列車通過時(shí)會產(chǎn)生電弧引起瞬時(shí)干擾信號。通常在儀表著陸系統(tǒng)使用頻段范圍內(nèi),有列車經(jīng)過時(shí)鐵路產(chǎn)生的干擾信號會比無列車經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生的干擾信號強(qiáng)10~20 dB。

        航向信標(biāo)和下滑信標(biāo)信號覆蓋區(qū)最低信號場強(qiáng)分別為32 dBμV/m和52 dBμV/m,根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 6364中對航向信標(biāo)臺、下滑信標(biāo)臺電磁環(huán)境的要求,航向信標(biāo)臺和下滑信標(biāo)臺對各種有源干擾的防護(hù)率均為20 dB,即干擾信號分別到達(dá)航向信標(biāo)和下滑信標(biāo)工作區(qū)域時(shí)不應(yīng)超過12 dBμV/m、32 dBμV/m。

        電磁波傳播的信號場強(qiáng)計(jì)算公式為:

        式(2)中:ES為信號場強(qiáng);P為有效發(fā)射功率,W;d為計(jì)算點(diǎn)至下滑臺的距離,km。

        由于有效發(fā)射功率相同,對式(2)擴(kuò)展得出ES1+20lgd1=ES2+20lgd2.根據(jù)現(xiàn)場測試所得出的工作頻段內(nèi)的最大干擾場強(qiáng),依據(jù)電磁波傳播的信號場強(qiáng)計(jì)算公式和國家標(biāo)準(zhǔn)GB 6364,可以計(jì)算出錨段關(guān)節(jié)對航向信標(biāo)和下滑信標(biāo)信號的干擾防護(hù)間距。

        2.4 AT所和牽引變電所的干擾影響分析

        在AT供電方式中,鐵路沿線每隔10~15 km會有自耦變壓器(即AT所),牽引變電所中主要設(shè)備為牽引變壓器。變壓器在工作時(shí)通過的牽引負(fù)荷會產(chǎn)生劇烈變化,外部線路也會產(chǎn)生頻繁短路情況,具有較強(qiáng)的電磁干擾輻射。利用上述公式可分別計(jì)算出AT所、牽引變電所對航向信標(biāo)和下滑信標(biāo)信號的干擾防護(hù)間距。

        2.5 儀表著陸系統(tǒng)分析

        航向信標(biāo)臺和下滑信標(biāo)臺相比,更易受到電氣化鐵路的干擾影響,同時(shí),航向信標(biāo)臺與下滑信標(biāo)臺的工作覆蓋區(qū)相互重合,且航向信標(biāo)臺工作覆蓋區(qū)更大,當(dāng)電氣化鐵路對航向信標(biāo)的防護(hù)距離滿足時(shí),下滑信標(biāo)臺也滿足干擾防護(hù)要求。本文中以儀表著陸系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的覆蓋作為分析范圍,在實(shí)際情況下可根據(jù)飛行程序以儀表著陸系統(tǒng)的有效服務(wù)區(qū)作為分析范圍,同時(shí),以實(shí)際的電測數(shù)據(jù)計(jì)算和分析電氣化鐵路的防護(hù)間距。

        3 結(jié)束語

        隨著機(jī)場交通綜合樞紐的增多,鐵路運(yùn)輸將與機(jī)場運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)無縫對接,通過外場測試,電氣化鐵路會在儀表著陸工作頻段產(chǎn)生干擾信號。同時(shí),根據(jù)現(xiàn)場的測試數(shù)據(jù)和分析,在機(jī)場和鐵路線路建設(shè)時(shí),應(yīng)充分考慮電氣化鐵路各設(shè)施設(shè)備對儀表著陸系統(tǒng)的防護(hù)距離的影響,以保障飛行安全和綜合樞紐的順利建設(shè)。

        [1]房連玉.輸電線路電氣技術(shù)[M].吉林:東北電力學(xué)院,1994.

        TN961

        A

        10.15913/j.cnki.kjycx.2017.21.026

        2095-6835(2017)21-0026-02

        〔編輯:張思楠〕

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