靳 远

(中铁工程设计咨询集团有限公司, 北京 100055)

国际电工委员会标准IEC对电磁兼容的定义是：系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作，同时不对其他系统和设备造成干扰。所以电磁兼容性(EMC)包含了2个方面：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰(EMI)不能超过一定的限值；另一方面是指设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性(EMS)。

世界电子两大电子市场美国和欧盟所采用标准还有所不同，而我国所采用的是欧洲电信标准协会(ETSI)所制定的标准，它对EMI和EMS都有要求。针对郑机城际铁路与机场的EMC问题，阐述电气化铁路与机场通信设施的影响计算与分析。

通过分析结果，可以判定干扰强度是否满足国标要求，并采取相应的电磁防护措施。从电磁兼容的角度出发，电磁防护措施主要有降低干扰源的干扰强度和增加被干扰设施的抗干扰能力2个方面。针对研究对象的情况，国内、外所采用的普遍防护方式是采取增设具备屏蔽效果的隧道明洞的方法。本文主要阐述铁路与机场电磁兼容的计算与分析方法。

1 机场及相关设施的电磁环境标准

机场的净空及电磁环境标准按《军用机场净空规定》(国发[2001]29号)、《航空无线电导航台站电磁环境要求》(GB6364—86)及《VHF/UHF航空无线电通信台站电磁环境要求》(GJBz20093—1992)中的规定执行，其中中波导航台与电气化铁路的允许距离是150 m，对各种有源干扰的防护率为15 dB。

2 城际铁路对新郑机场近距导航台的影响分析

2.1 铁路与新郑机场的相对关系

以郑机城际铁路为例，根据城际铁路与郑州新郑机场的相对位置关系，城际铁路距离机场跑道在1.5 km以外，因此，判断主要受郑机铁路干扰的设施是新郑机场规划工程里第二和第三跑道的近距导航台。根据调查新郑机场的近距导航台站由中波导航台和指点信标台两种仪器组成。

如图1所示，郑机城际铁路在DK35+000到DK35+850路基段处于机场下滑道左右15°以内的覆盖区域内，并且与新郑机场跑道延长轴线基本垂直。DK35+850以后郑机线为隧道区段，则不存在与机场的电磁兼容问题。

图1 郑机线与近距导航台位置关系

铁路从两近距导航台的西侧通过，第二跑道西近距导航台与干扰源的最近距离为500 m。第三跑道西近距导航台与干扰源最近距离为600 m。选择更容易受干扰的第二跑道西近距导航台为例。

2.2 城际铁路所产生的干扰分析

城际铁路对机场的干挠影响主要有无源干扰和有源干扰两部分。

2.2.1 城际铁路产生的无源干扰

产生的无源干扰主要指线路、接触网、支撑塔架、列车等金属导体的反射，它们可能对飞机及机场设备产生强噪声影响，引起设备失灵，或者扫描航道的抖动、弯曲、偏移等。

2.2.2 城际铁路产生的有源干扰

有源干扰分为固定干扰源和流动干扰源，固定干扰源包括线路放电和电化所亭中的强电设备；流动干扰源包括机车内部设备和列车在行进过程中受电弓与接触网之间产生的电火花及线路的放电干扰。

固定干扰源中，电化所亭中的强电设备并不会造成严重的干扰，线路放电属于线路故障，发现后经过处理，是可以排除的。而且郑机线在此区段内并没有设置电化所亭等强电设施。

流动干扰源中，电力机车内部设施产生的干扰由于受到机车金属壳体的屏蔽，或者受到机车内部电力配线及辅助电路上阻抗衰减和旁路功能，致使基本对外界不产生干扰，所以主要干扰源来自受电弓在接触网的导线上滑动离线所产生的电火花、噪声和谐波。它不仅是电气化铁路电磁干扰的最严重的根源，也是影响干扰强弱因素的主要干扰源。

2.2.3 干扰分析

根据现状分析，郑机线位距离近距导航台500 m，电气化铁路所产生的放电和感应电势无法通过介质传导过去，所以不考虑传导干扰，只考虑电气化铁路产生的辐射干扰对机载和机场设施的影响。

3 城际铁路对中波导航台的影响分析

3.1 无源干扰

航空无线电导航台站的准确性主要取决于电磁波场型内环境的好坏。根据规范，新郑机场的近、远距导航台距郑机电气化铁路均远远大于150 m，符合机场场地要求[3]，即电气化铁道对导航台不构成无源干扰。

3.2 有源干扰

中波导航台是发射垂直极化波的无方向性发射台，机载无线电罗盘接收中波导航台发射的无线电信号，测定飞机与中波导航台的相对方位角，用以引导飞机沿预定航线飞行和进行着陆。近距导航台只完成导航台以外空间上的导航任务，飞机飞过近距导航台后，导航台不再起作用，所以有源干扰只考虑飞机在近距导航台以外的航道上所承受的辐射干扰，如图2所示。

图2 郑机线与近距导航台位置关系(单位：m)

根据分析，飞机飞过电气化铁路接触网的正上空，并此刻有电力机车通过时，受到的辐射干扰影响最大，以下按最坏的情况考虑，对图2中A点的信噪比进行计算分析，然后与规范中的防护率要求相比较，即可得知是否满足规范要求。下面就近距导航台分别以实际发射功率100 W及有效辐射功率为1 W时2种情况进行分析。

3.2.1 发射功率为100 W时的辐射干扰分析

当新郑机场近距导航台发射功率为100 W，适用于长波、中波和短波的场强计算公式[4]

Es=77.78+10lgPt-20lgds

将Pt=100 W，ds=0.5 km 代入，在铁路正上方的信号场强近似为

Es=103.8 dBμV/m

根据原铁道部、空军联合试验组针对80 km/h车速所做的试验[4]，得出的无线电干扰特性公式，当f<30 MHz时距铁路10 m处，干扰场强的频率特性为

E10=53.24-14.81lgf(dBμV/m)(1)

由于郑机城际铁路最高速度为200 km/h，速度较试验[4]提高了120 km/h，依据日本实测数据， 速度每增加10 km/h电磁辐射增加0.4～0.6 dB，基本在0.5 dB左右。

另外，电火花也是电气化铁路所产生的主要电磁干扰，但现阶段接触网设计都采用高标准的设备及高张力、弹性均匀悬挂方式，使得弓网系统处于较为平稳的工作状态，离线率低于4%，技术和产品要远远优于过去的电气化铁路。因此本次计算按速度每增加10 km/h电磁辐射强度增加0.5 dB考虑，即频率特性为

E10=53.24+12×0.5-14.81lgf(dBμV/m)

取中波频率f=0.7 MHz时，E10=61.5 dBμV/m

中波段电波以地波方式传播，由于重点考虑干扰向上部空间传播，因此传播衰减按自由空间传播模式计算[4]，即

En=E10-20lg(h/10)(2)

其中：h为离干扰源的高度，可按飞机沿近、远距导航台进场着陆时的下滑线计算。

根据GB6364—86附录B第B.3条规定：飞机进场着陆时，飞机在近距导航台上空的最低高度为60 m，下划线与地面夹角约为2.67°，则

h=500·tan2.67°+60-17=

(23.32+60-17) m=66.32 m

代入式(2)中，算得

En=45.07 dBμV/m

信噪比：Es-En=58.73 dBμV/m

Es-En>15 dB

即信噪比远远大于国标GB6364—86中的防护率15 dB。因此电气化铁道不会对机场近距导航台及机载设施产生辐射干扰影响。

3.2.2 有效辐射功率为1 W时的辐射干扰分析

当近距导航台的有效辐射功率为1 W时，其在铁路正上方的信号场强近似为：Es=77.8-20lgds，将ds=0.5 km代入，则

Es=83.8 dBμV/m

上述计算已得En=45.07 dBμV/m

信噪比：Es-En=38.73 dBμV/m

Es-En>15 dB

当近距导航台的有效辐射功率为1 W时，信噪比仍大于规范要求的15 dB，则电气化铁路所产生的辐射干扰满足近距导航台的防护率要求。

关于远距导航台电磁环境的分析也类似，因为距离铁路更远，电气化铁道对其工作更不会产生干扰影响。

4 城际铁路对指点信标台的电磁影响分析

4.1 无源干扰

根据国家标准要求，指点信标台的保护区范围，要求不得有超出以地网或者天线阵最低单元为基准、垂直张角为20°的障碍物[3]。郑机城际铁路远在指点信标台的保护区范围以外，因此判定电气化铁路对指点信标台不存在无源干扰影响。

4.2 有源干扰

根据国家标准要求，指点信标台覆盖区内最低信号强度为64 dB，对有源干扰的防护率为23 dB[3]。

有源干扰影响计算：新郑机场第二跑道的指点信标台距离郑机城际铁路最近为500 m。飞机飞过指点信标台的高度约为60 m，当飞机飞过指点信标台覆盖区域后，则该台不再起作用。结合指点信标台的工作目的和特性分析，与中波导航台不同，电气化铁路对指点信标台的干扰应计算飞机在指点信标台正上空B点受到的干扰强度，如图2所示。

选择适用于频率在30 MHz以上的信号强度公式

Ex=81.46-10.46lgf-20lgd

B点与铁路距离：d=(5002+602)0.5=503.59 m

计算条件：信标台工作频率f=75 MHz，B点与铁路距离d=503.59 m。

计算出在铁路正上空时产生的信号强度应为Ex=7.81 dBμV/m。

根据信噪比定义：Es-Ex=64-7.81=56.19>23 dB

假设指点信标台输出信号为最低强度64 dB，可算出近距导航台位置的指点信标台上空计算点的信噪比等于56.19 dB，远大于防护率要求的23 dB，则城际铁路产生的辐射干扰满足指点信标台的防护率要求。

5 电磁兼容改善方案及措施

电磁兼容作为电气化铁路的一个重要的质量指标，在其规划和设计阶段就必须予以充分考虑，根据我国电磁兼容标准的2个方面考虑[1](电磁干扰和电磁敏感性)，则解决电磁兼容问题，需从这2个方面入手。

第一，从电路技术上，即降低导航台站的电磁敏感度，更换高标准的导航台设备。第二，从防护措施上，采用一些限制作用的器材，例如避雷器、火花间隙器、压敏元器件来限制干扰，或者采用抑制作用的方式，例如增设滤波器、铁轨的接地以及架设具备屏蔽金属网的明洞土建设施(屏蔽金属网针对干扰源的波段不同，穿透力不同以及吸收度不同，则网孔大小及材质也不同，需根据具体情况进行计算和试验来确定。)，削弱和隔离耦合通道，从而减少干扰影响。

6 结语

随着我国高速铁路的不断增多，电磁兼容问题已逐渐明显和突出，为了提高电气化铁路的电磁兼容水平，在设计阶段必须根据相关标准，对电气铁路可能产生的各种影响进行计算和分析，以及尽可能进行的建模仿真和试验，在实施阶段也要严格根据相关国家规范执行。只有彻底解决铁路与内部设施、外界设施或者自然环境因素之间电磁兼容问题，才能提高铁路机电系统可靠性，确保铁路行车安全。

[1] 周莉.电气化铁路的电磁兼容(EMC)问题[C]∥广西：柳州铁道职业技术学院机电工程系论文集，广西：2009．

[2] 高彼纲.电磁兼容技术的若干新进展[J].信息与电磁兼容，2000(2):21．

[3] 中华人民共和国国家标准.GB6364—86 航空无线电导航台站电磁环境要求[S].

[4] 铁道部工程设计鉴定中心.通信线路及其他设施电磁干扰防护工程设计指南[S].北京：中国铁道出版社，2009.