鐵路數字信號電纜抗外界干擾素力的影響因素及控制

豆蕊，王慧

(西安西電光電纜有限責任公司,陜西西安，710082）

0 引言

由于鐵路在高速行駛中需要進行多種通信，其通信距離可以達到數十公里，甚至數百公里，所以實現可靠的實時通信是一個亟待解決的問題。通過對車輛內部人員的實時了解，實現了對車輛的實時信息傳遞。當發生意外或緊急情況時，可以提供報警信息。公安部門在接到110報警后，可以通過撥打110報警，及時向鐵路公司求助，以便及時解決事故。近幾年，我國的通信技術工作者們發現，鐵路信號的傳播受到了多種因素的影響，信號的準確性、持續性和安全性都受到了嚴重的影響。因此，在不增加干擾信號、減小現有干擾信號幅度的前提下，保證有效信號的暢通是改造線路的關鍵。

1 鐵路數字信號電纜的干擾形式

1.1 電磁干擾

電磁干擾是一種無法避免的干擾，它不但會對電子產品產生影響，而且會對器件的晶片產生損傷。由于地球電磁環境的影響，各種干擾的強度也會有差異。電磁波對信號線纜的影響是不斷發生的。這種干擾有傳導干擾和輻射干擾兩類，它們的作用方向和作用的大小不同。前者是通過傳導的，后者是通過輻射來實現的。電磁干擾可使列車信號強度下降，并在接近接收機時中斷消失。

1.2 環境干擾

由于各地氣候條件的差異，對鐵路信號的傳遞造成了很大的影響。在空間上，當列車進入山區隧道或偏遠地段時，其信號強度會顯著降低；就氣候而言，不同地區的風力、濕度、溫度等指標的差異，會對信號的品質造成一定的影響。它會在不同的情況下對信號發送和接收設備產生干擾。通信理論認為，當頻段較高時，頻段較大，則意味著較高的載頻會導致較大的頻寬。但是它通過障礙物的能力卻是越弱。尤其是新疆和西藏等落后地區，通信水平不高，需要在這些區域架設大量的通訊線路，以改善其通訊能力。因此，在不增加干擾信號、減小現有干擾信號幅度的前提下，保證有效信號的暢通是改造線路的關鍵。

1.3 諧波干擾

動力系統安全可靠，是電網安全、平穩、經濟運行的關鍵。其工作狀況直接關系著電網的安全、可靠、平穩地運營。但動力系統在正常工作時產生了諧波，對整個電力系統正常運行的信號有極大的影響。在動力系統中產生了巨大的諧波，引起了整個電網電壓的畸變，對供電系統中各種電子設備的工作質量也產生了很大的影響，從而導致了系統的能量損失，更嚴重時還會產生系統的共振，引起裝置的破壞。例如：在一般工作條件下，因為線路電壓、電流值的改變，會產生較大的諧波，進而影響通信系統的傳輸能力，使信息在規定的時限內無法及時送達接收器。當供電發生故障時，因為電力的傳輸，會導致供電不均勻，導致供電失步，嚴重影響電網的穩定與安全。當電網發生短路時，電力分配和電壓的大幅下降將會對并聯的穩定產生不利的影響，進而使整個電網脫序。

2 鐵路信號干擾造成的不利影響

2.1 安全性問題

溫州高鐵事件的最大原因在于通訊系統的信號傳遞出現了問題，由此可以看出，正確、及時地傳遞鐵路信號是非常重要的。由于外部環境的影響，鐵路信號在行車過程中很容易出現交通事故，嚴重影響了行車安全。如果前后兩個方向的車輛都沒有收到來自另一個方向的信號，那么就不能正確地判斷出該車輛的運行狀態，進而影響到車輛的駕駛性能，降低對道路的判斷和反應，從而提高了事故的發生概率。如工作人員的疏忽，可能造成交通事故。由于缺乏對周邊交通環境的正確認識，使得相關的交通管理系統無法對其進行正確的決策與控制，從而影響到交通的安全性和效率。因此，對交通信號路口交通控制進行優化，可以有效地降低車輛通行效率，減少交通延誤，成為交通管制領域的一個重要課題。

2.2 效率性問題

鐵路信號的干擾，將會對其“時效性”產生直接的影響，并對相鄰的高速列車運行的安全性產生重要的影響。由于時間上的偏差太大，導致了對工作人員的辨識。高速行駛的鐵路對行車安全的要求很高，對安全部位的控制也很困難，對駕駛員的生命安全構成了極大的威脅。它的監測數據通常是起伏的，特別是在列車運行過程中，它的變化幅度可以達到40～60倍。在接收到的原始信號后，需要對其進行相應的處理，從而使其在傳輸過程中所需要的時間更長，從而影響到信號的處理效率，從而限制了有關車輛的高速控制。這種數據在確保數據精度的前提下，會占用較多的內存，特別是對音頻、振動等高速數據的錄制。同時，隨著資料來源的增多，數據的處理方式也越來越復雜，數據的處理也越來越困難。為了保證數據的穩定性和可靠性，必須采取一些預處理技術。

2.3 可靠性問題

隨著我國鐵路工程建設的不斷深入，我國對鐵路通信設備的可靠性要求越來越高，對通信設備、光纜設備的產品結構、技術服務的需求也越來越大。鐵路運行管理方式從線路走向線網，這就需要 AFC設備的維修與管理。如何提高鐵路運輸企業的經營管理與經營決策，已經成為我國鐵路運輸企業可持續發展的一個重要課題。所有的干擾都要盡量排除，以保證信號的暢通。隨著 AFC體系結構的規范化改革，AFC系統的維護與管理系統已不僅僅局限于設備層面的維護，更高層次的 SC/LC/MLC對系統的維護也有了新的要求。由于電網的諧波和 EMI對鐵路信號造成了嚴重的影響，使整個通訊系統的可靠性大大下降，在傳輸的過程中，信號很有可能會被切斷，從而導致信號的傳輸失效。信號的干擾和延遲阻塞是一種常見的現象，它不但會影響到系統的可靠性和性能，也會影響到整個系統的工作效率和工作效率，同時也會對系統的穩定造成一定的影響，最終造成系統的突然崩潰。為此，各技術單位要盡快提升應急響應能力，并盡快突破技術瓶頸。

3 增強信號電纜抗干擾能力的策略

3.1 25Hz頻率軌道電路的干擾應對策略

25Hz的頻率軌道電路主要受到導電干擾，而導電干擾通常是由于軌道間的電流不平衡造成的，這種現象有兩種：一是脈沖電流不均勻，二是電流不均勻，會導致變壓器飽和，導致線路內的電流出現凹陷。本文提出了三種方法：增加扼流變壓器的鐵心飽和電流，增加氣隙；為了增強其抗干擾性，在扼流變壓器上增加了抗干擾性；為了增強系統的安全性能，在負荷側加入了過流和過電壓保護。該方法采用25Hz同步諧振的方法，使信號得到增強，25hz軌道電路簡圖如下圖1所示。這種控制策略能夠在一定程度上抑制電機的電磁轉矩波動，并能很好地解決電機的速度響應問題，從而改善其穩定性。首先，在控制電纜上增加備用電纜，經實驗驗證，該備用電纜能大幅度降低干擾電壓，并且安裝過程簡單，無需額外投入，能有效減少干擾。其次，由于其性能穩定，結構穩定，在正常運行時仍能穩定運行。

圖1 25hz軌道電路簡圖

其次，應選用帶有金屬防護的控制電纜，以防止電干擾。其中，變壓器端子的使用情況如表1所示。調試人員在對設備進行調試時，應仔細檢查電線是否夠粗，是否符合要求。

表1 變壓器端子使用情況

在選擇金屬屏蔽層時，要充分考慮到所需要的電磁干擾，選擇合適的金屬護罩，以達到減小干擾和過電壓的目的。在弱電回路中，由于電力的干擾，使其無法進行抗干擾，使用金屬保護的控制電纜，可以使電力對線路的損壞減至最??；同時，為了便于使用，可以適當減小金屬的厚度。而對于強電回路，除了高壓配電裝置外，沒有金屬防護的控制電纜可能會造成干擾。最后，由于電網的干擾會對整個線路造成很大的影響，所以必須采取多種安全措施，除常規的電流、電壓、頻率保護之外，還要考慮孤島效應，從而避免線路的損傷，在安裝的時候，要在不同的線路上設置一根控制線，這樣就能減少電流的損失，同時也能保證系統的安全。

3.2 采用ZPW2000軌道電路應對干擾

UM71是ZPW2000的原型，它的特點是：通過使用空心導線，可以降低50Hz的牽引電流，并能很好地切斷ZPW2000的電源，達到平衡運行的目的；ZPW2000在使用偶次諧波技術的同時，還可以在電壓穩定和頻率穩定的基礎上得到進一步的提高；在系統發生較大的擾動時，該系統具有較強的響應能力，能有效地抑制電壓、頻率變化，改善系統的電壓、頻率動態特性。除50 Hz外，牽引電流還會出現偶次、奇次諧波，并且由于列車的功率因數太小、高次諧波的影響，會導致電力系統的能耗下降。它所包含的能量要比偶次諧波大得多，而且頻率越低，所包含的能量就越多，ZPW2000采用了偶次諧波，這樣就可以減少牽引電流對信號設備的影響。當頻率偏移為奇數時，最多只能影響到兩個諧振分量，因此，對其的干擾微乎其微。為進一步改善網絡的吞吐性能和頻譜利用率，本文主要采用動態多波束技術和寬頻通信技術，利用ZPW2000軌道電路應對干擾。ZPW-2000A軌道電路構成如下圖2所示。

圖2 ZPW-2000A軌道電路構成簡圖

雖然通過改善PCB的EMI性能可以保證PCB的設計質量，但是在PCB組裝完畢后，仍需要將PCB安裝到測試平臺上，通過TDR或示波器對實際PCB參數與模擬期望的結果進行對比。通過對試驗數據的分析，軌道電路現場測量值如表2所示?？梢詫δＰ秃蜕a工藝進行改善，從而為今后的研究提供更好（更少的限制）的決策提供依據。

表2 軌道電路現場測量值

通過Matlab等軟件，對試驗數據進行分析，發現其規律。在此基礎上，本文還對不同的信號模式、不同的濾波器進行了分析，并對其幅頻特征進行了分析。通過調節參數，可以使模型的性能得到改善，從而使模型的效果得到進一步的改善。

3.3 綜合性的抗干擾措施

在挑選裝備時要慎重。采用BT.AT等電氣化牽引電源，增加牽引環的對稱性，使其對信號設備產生的感應電流最小。利用電容補償技術對信號進行補償，能較好地抑制諧波的產生；在建設牽引供電系統前，應對其進行合理的規劃。為實現直接供電，在輸電線路中引入架空回流，可以提高輸電線路的對稱性。另外，為了減小導線與導線之間的直接接觸，應合理配置扼流變壓器：對牽引供電系統進行了優化。改善了回流線、列車室、信號室等的報警功能。最重要的是，在完全失壓的情況下，可以使用警報器與藥量傳感器保持15米以上的間隔，使其不受干擾的影響。

另外，應根據實際情況和相關法律規定，合理設置吸上線。針對特定電路的需要和特殊情況，對其進行了優化，以達到設計的目的。為防止設備損壞，布線系統中的器件應具備抵抗內部傳導和外部干擾的能力。電力干擾會給電力線路帶來很大的影響，甚至會導致系統的惡性故障，從而威脅到電力系統的安全。所以，控制電纜必須要有防護措施，同時要做好可靠的接地工作，才能滿足技術上的安全使用。

4 鐵路數字信號電纜發展前景預測

為提高企業的經營管理水平，降低數字信號電纜決策的盲目性，就需要在預測數字信號電纜的發展趨勢時，對其進行合理的設計，并對其今后的發展進行長期的規劃。掌握我國的經濟形勢和未來發展趨勢，減少未來的不確定性，減少決策的風險，確保政策的順利執行，并展望了今后的發展方向：

4.1 確定對象

目標的確定是今后的預報工作的第一步，因為預測對象的不同，所涉及的內容和項目、所需要的資料以及所使用的方法都不一樣?！邦A測”指的是根據我國目前的實際情況，提出預報方案，編制預測工作計劃，編制預算，調集力量，組織實施，以保證數字信號電纜發展的有計劃有步驟地進行。另外，要根據預報對象選取適當的預測手段，比如要充分考慮統計預報的重要意義和特點的可解釋性，所以在選擇預報方法時要謹慎。

4.2 搜集資料

要想預測將來的發展趨勢，就必須有充足的資料。只要有了足夠的資料，他就可以做出正確的判斷。在今后的發展計劃中，對有關數據進行調研、收集和預測是預測未來發展的重要步驟。海量數據的采集與存儲十分便捷，但是如何在數據中發現隱含的規則，并對其進行預測。

4.3 選擇

根據預測對象和實際應用的特點，選擇了預測的方法。有時，可以使用許多不同的預測方法來實現相同的目標。預測方法的選擇，將直接影響到預報的可靠性和準確性。運用電力線纜的發展趨勢預報技術，其核心是建立一個能夠描述和概括研究對象特征和變化規律的數學模型，并運用數學模型進行計算和處理，以獲得預測結果。

4.4 修正的分析

分析判斷，是指從搜集到的資料中，綜合分析、判斷、推理，將感性的認識提升為理性，從現象到實質，并預測未來的發展與改變。在作出分析和判斷后，通常還會根據已有的數據，對已有的預測做出評估和修改。在以后的工作中，應繼續向方程組中注入新的資料，并不斷地增大方程式的樣本量，并對其進行修改，以使其與實際情況更為接近，從而提高預測精度。

4.5 編寫報告

數字信號電纜預測報告應包括預測的主要工作過程，包括預測對象、預測對象及有關因素的分析結論、主要數據和數據、預測方法的選擇與建模、預測結論的評價、分析和修正。該報告應當基于數據分析和有關的數據。

5 結論

影響鐵路信號受干擾的原因有很多，本文所述的三個方面只是主要的干擾源。為防止信號干擾對軌道交通的負面影響，今后的鐵路建設必須充分利用現有的通訊設備，為多種信號的傳送提供穩定、可靠的條件，以方便在不同的環境、不同的情況下，選擇最優的通訊方式，以取得最好的通訊效果。