地铁通信系统电磁干扰分析及处理

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摘要：处理好地铁通信系统的电磁干扰是地铁通信系统正常工作的重要内容，本文对地铁电磁干扰源进行分析，介绍地铁通信系统电磁干扰采取的设备选型、屏蔽、接地、布线、光电技术、滤波等处理方法。

关键词：地铁通信系统、电磁干扰 、干扰源、分析、处理、屏蔽、 接地、布线

一、前言

随着科学技术的发展，电子和电气设备的密度急剧增加.系统设备的电磁兼容性能越来越重要。在地铁环境区域内，除了地铁列车等电气设备。还存在无线发射站等多种无线电磁干扰源，此外其他机电设备。如电脑、显示器、电源等都将产生电磁干扰，所以这些将导致地铁环境内电气设备空间的电磁环境相当恶劣，可能会导致地铁通信系统设备误动作，甚至出现系统通讯网络频繁出现故障，电子元器件受到损坏等情况。

二、电磁干扰源分析

地铁中所有电器设备以及自然界中的雷电都可能成为干扰源，他们以不同频段、不同途径对地铁通信设备造成电磁干扰威胁。

1） 干扰源分类

从电磁干扰信号的频率范围可以把干扰源分为：

a） 工频干扰源，50HZ及其谐波，如输配电系统。

b） 射频及视频干扰源，300KHZ～300MHZ。波长在1m～1000m之间，包括输电线电晕放点、电压设备和电力牵引系统的火花放电以及内燃机、电动机、照明设备等。

c） 微波干扰源，300MHZ～300GHZ，波长1mm～1m之间，包括无线系统手持台、对讲机产生的干扰。

d） 雷电，频谱在0HZ～1GHZ之间。

地铁通信设备均具有较大的惯性时间常数，较容易受到电磁干扰，如数据通信线路、信号输入输出终端、计算机、PLC控制器、显示器等。

2） 电磁干扰传播途径

电磁干扰按照传播途径可以分为辐射干扰和传导干扰。

a） 辐射干扰：是指干扰源通过空间把其他信号耦合到另一个网络。干扰源的电源电路、输入输出信号电路和控制电路等导线在一定条件下都可构成辐射天线，当干扰源的外壳流过高频电流时，此外壳本身也就成为辐射天线，干扰能量按电磁场的规律向周围空间辐射。比如电力机车在运行中所产生的辐射干扰。

无线通信系统中，无线设备通过空间传播辐射能量，当其电磁强度和谐波分量达到一定的范围后，就会对某些电子设备产生干扰，如在地铁车控室中，当使用无线对讲机靠近工作台时，CCTV监视屏幕就会出现“雪花”干扰，这是对讲机辐射的电磁波通过空间传播到监视器，形成辐射干扰。

b） 传导干扰：是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合到另一个电网络上。干扰信号传输必须在干扰源和敏感器之间有完整的电路连接，干扰信号沿着这个连接电路传递到敏感器发生干扰现象。这个传输线路可包括导线、设备的导电构件、公共阻抗、互感元件等。比如开关电源的功率开关器件的高频开关动作导致开关电源产生电磁干扰，直接在供电线路中传播：电视监控系统中视频信号“地”与监控设备端“地”相对电网“地”的电位如果不同，那么电源在摄像机与显示器之间就会形成电流回路，地电流的部分谐波分量进入视频信号，产生工频干扰。

（三）传导电路示意图

三、针对地铁环境内电磁干扰，相应处理方法如下

1） 选用符合电磁兼容性的产品

综观整个地铁空间，几乎无处不在充满电磁干扰。屏蔽能一定程度地抑制与减弱电磁干扰。使其存在明显的局限性，仅能使屏蔽层外干扰削弱，而对屏蔽层内干扰源无能为力。设备本身对外部设备的干扰性能指标相当重要，因此，在系统产品选型时，应将产品的电磁兼容性作为一项重要指标予以考虑车站内部的网络，诸如显示器、电脑、开关电源、控制器、通信设备等产品必须采用符合电磁兼容性产品，确保电磁干扰与电磁抗扰度符合电磁兼容性标准。提高系统设备对电源波动、谐波、以及外部电磁干扰的能力、同时也使其对其他产品的电磁干扰减小。

2） 正确接地

理想的地线是一个零阻抗，零电位的物理实体，他不仅是系统或者电路零电位的参考点，而且电流流过时不会产生电压降。在实际的地铁环境中，这种理想的地线是不存在的。根据地铁中干扰形成机理可归结为如下两点：第一，尽量降低系统接地阻抗和电源馈线阻抗；第二正确选择接地方式和阻抗地环路。地铁环境中实际的机电设备一般属于低频电路、单点接地主要适用于频率低于1MHZ的情况，因此它适用于低频电路，为防止工频电流及其他杂散电流在信号地线上各点之间产生地电位差，信号地线与电源地线隔离，在电源线接地处单点连接

地铁环境内所有电气设备接地应按照设备的规范要求采用具体的接地措施，特别是通信设备、控制系统等弱电系统，要避免电位差对弱电系统的影响。

3） 屏蔽

屏蔽是提高电子系统和电子设备电磁兼容性能的重要措施之一，他能有效的抑制通过空间传播内各种电磁干扰。屏蔽能防止外面的电磁干扰不辐射进来，同时也使屏蔽网里面的电磁干扰辐射不出去。

屏蔽一般可分为磁场屏蔽、电场屏蔽及电磁屏蔽。

电场屏蔽应注意以下几点：

a） 选择高导电性能的材料，并且要有良好的接地。

b） 正确选择接地点及合理的形状、最好是屏蔽体直接接地。

磁场屏蔽通常只是指电流或低频磁场的屏蔽，其屏蔽效能远不如电场屏蔽和电磁屏蔽，磁屏蔽是系统集成工程的重点，磁屏蔽时应注意以下几点：

选用磁性材料

a） 磁屏蔽要远离有磁性的元件，防止磁短路。

b） 可采用双层屏蔽甚至三层屏蔽。

c） 屏蔽体的开孔要注意开孔方向，尽可能使的长边平行于磁通流向，使磁路长度增加最少。

（六）磁场屏蔽示意图

一般说来，磁屏蔽不需要接地，但为了防止电场感应一般还是接地为好。

电磁场在通过金属或对电磁场有衰弱作用的阻挡时，会受到一定程度的衰减，即产生对电磁场的屏蔽作用。在地铁环境里面，要屏蔽的部位主要定位在车站控制室和现场安装控制设备。后者可通过安装在现场的金属外壳电源箱内实现屏蔽，并做好电箱外壳接地。车站控制室的屏蔽在进行土建工程中可利用建筑物本身的钢筋结构做成一个屏蔽笼，并按照规范要求做好接地系统来解决其屏蔽问题。

屏蔽用来防止辐射干扰，其作用是在干扰信号到达被保护电路之前将其衰减，它能有效地抑制通过空间传播的各种电磁干扰，同时也使屏蔽网里面的电磁干扰辐射不出去。屏蔽一般分为磁场屏蔽与电场屏蔽及电磁屏蔽。

4） 合理布线

在电子设备中线间耦合也是造成干扰的重要原因，因为频率的因素，可大体分为高频耦合与低频耦合。因耦合方式不同，其整改方向也不同，具体如下：

a） 低频耦合

低频耦合是指导线长度小于或等于1/16波长的情况。低频耦合有可分为电场耦合和磁场耦合，电场耦合的物理模型是电容耦合，磁场耦合物理模型是电感耦合，因此在走线是应尽量减少或者破坏耦合量具体方法如下：

增大电路间距来减少分布电容和线间互感。

强电电缆与弱点电缆分离进行综合布线。

采用屏蔽电缆，并使屏蔽层单点接地，能有效地抑制低频电子干扰。

追加滤波器可减少两电路间的耦合量。

降低输入阻抗。例如CMOS电路的输入阻抗很高，对电场干扰及其敏感，可在允许的范围内输入端并接一个电容和阻值较低的电阻。

若有可能，尽量使敏感回路与源电路平面正交或接近正交降低两电路的耦合量。

b） 高频耦合

高频耦合是指1/4波长的走线，由于电路中出现电压和电流的驻波，会使耦合量增加，可采用如下办法解决：

尽量缩短接地线，与外壳接地尽量采用正面接触的方式。

重新整理滤波器的输入输出线，防止输入输出线间耦合，确保滤波器的滤波效果不变差。

屏蔽电缆屏蔽层多点接地。

将连接器的悬空插针接到地电位，防止天线效益。

5） 光电技术

光电技术不但可以较好的解决传输距离问题，还可实现测量电路的隔离和干扰信号的滤波，有效地切断回路的干扰，避免地线与其他线路形成环路，产生感应电势，影响测量精度和系统通信。

地铁环境内重要的信息通道，如通讯信号系统、车站设备监控系统等重要信息传输通道，采用光纤作为传输媒介，以避免电磁效益应对主要长距离传输信息通道的影响，通讯网络干线采用光纤接口连接器件，并在接口处进行有效的屏蔽处理，完全消除电磁干扰的影响。

（七）光纤通信原理图

6） 滤波处理

对车站内各种的环境参数、设备状态采样点进行连接的信号线及重要设备的连接线，加装过电压吸收进化装置进行物理过滤，是抑制电气、电子设备间传导一种手段。

系统滤波还可以采用系统软件来实现，他可根据系统时间的情况进行下列几种处理：

a） 通过系统软件，为开关量的输入点设置合适适当滤波时间，消除各种电磁干扰和噪音干扰对开关量的影响。

b） 通过系统软件，为所有的模拟量输入点设置软件滤波功能，降低各种电磁与噪音干扰。

（八）滤波器原理图

四、结束语

地铁是现代化交通工具，具有一定的社会效益，地铁通信系统的安全运行，与其本身的电磁兼容性能息息相关，在地铁运营维护的实践中，运用正确的专业理论结合实际情况，就可以有效地抑制通信系统的电磁干扰。■

参考文献

1、电气工程师手册，机械工业出版社