弓网电弧对机场终端全向信标台电磁产生的骚扰

宋 骏

（民航新疆空中交通管理局，新疆 乌鲁木齐 830000）

0 引 言

我国轨道交通事业不断发展，大部分城市都提出了零换乘需求，即通过航站楼直接换乘电气化轨道交通，如深圳宝安机场和武汉天河机场等。因此，地面中就会出现电气化轨道和机场跑道近距离平行的情况。但是，电气化列车运行不平顺或者接触线中具有硬点时，接触网及受电弧就会具有离线电弧。此离线电弧能实现对外电磁辐射。尤其是车通过电分相时，因为电压状态发生变化使此电磁辐射较为严重，会干扰机场导航。因此，分析弓网电弧对机场终端全向信标台产生的电磁骚扰具有重要意义。

1 弓网电弧和典型位置

通过相关研究发现，弓网电弧频率主要集中在30～400 MHz，幅值一般为50～70 dBμV，最大幅值为86 dBμV。虽然机场终端全向信标台只是在固定频点中工作，但是弓网电弧是随机性的脉冲骚扰，部分频率会在其工作频点中，导致出现同频干扰。产生弓网电弧和外界环境、接触网悬挂方式及列车运行状态等因素相关，原因较复杂。一般机场终端容易出现弓网电弧的位置包括普通点、锚段关节及电分相。

第一，电分相。我国机场是用单相供电，对平衡电力系统提供各相负荷，牵引供电的方式都是实施相序轮换供电，以在接触网各供电臂分解地方实现绝缘结构的设置，即电分相。

第二，锚段关节。接触网通过大量机械独立锚段构成，两个相邻锚段相互衔接的部分就是锚段关节，能使电弓从锚段接触网到相连锚段接触网中平稳滑行。过渡区中，两侧锚段通过工作支转变成为非公工作支，或者非工作支转变成为工作支，也就是受电弓和接触网从良好接触转变成为脱离接触。如果供给受电弓和接触线的间隙电压和间隙电流比生弧电压和生弧电流大，将产生电弧。

第三，普通点。普通点指的是接触网连续段，也就是没有电气隔离部分和机械部分。弓网滑动接触过程中，因为表面存在硬点或者表面不平顺，导致受电弓无法和接触网良好接触，进而出现电火花和燃弧的情况[1]。

2 设置测试

2.1 选择测试点

本文选择新疆到西藏的某铁路作为测试对象，其接触网额定电压为27.5 kV，通过直供结合回流实现供电。以电气化铁路供电线路结构为例，两个供电臂之间实现电分相的设置，列车通过电分相时要通过从有电到没电再到有电的过程。所以，本文使用电分相和普通点两个测试地点实现弓网电弧测试，掌握弓网电弧辐射特性。

相关规定中，将天线与钢轨垂直的距离作为测试距离，能满足整车对外辐射需求，但无法满足轨道电气化对导航的需求，包括电分相过程中，拉弧点不对钢轨上方和天线接触线垂直。需对离线电弧负荷进行精准测试，测试距离就是实际拉弧点和天线的接收距离。

2.2 设置测试参数

实际测试过程中，分频率带宽设置为120 kHz。由于下滑信标天线极化的方式值为水平极化，所以本文只需要对周期天线进行测量，从而得到水平极化方向中最强的电弧辐射，实现对数周期的水平极化，假设高度设置为1.5 m。利用峰值检波，但是大部分的天线点设备检波指的是平均值和准峰值，为方便全面分析电磁辐射特性，本文使用了三种检波方式，如表1所示。

表1 测试仪器型号和技术指标

由表1可知，通过网络分析仪对RG214同轴电缆进行衰减损耗的测试，从而得到0.81 dB的损耗。接收机、天线及线缆都是N型连接器接头，因为处于1 GHz附近，接头损耗设置为0.1 dB，那么在332 MHz频率点中能够将接头损耗进行忽略[2]。

3 测试数据和结果

3.1 测试数据

通过频谱仪对测试以前的dvor工作单中背景及来车时候弓网电弧进行测试，弓网电弧在110 MHz时具有最强的电磁辐射。因为电弧拉弧持续的时间较短，即便是具有最长拉弧时间的电分相处，弓网电弧放电持续的时间也仅为300 ms左右，那么在具体频点中测试的分配时间更短。

计算距离弓网电弧10 m地方的电场强度E0，可表示为：

由式（1）可知，dvor工作频段的108～111.95 MHz电磁噪声差量为0.2 dB以下，那么弓网电弧在这个工作频段中的电磁辐射频率特点并无差别。但是因为电磁负荷干扰具有随机性，在对接收机选择并实现电频测试的过程中，为保证测试数据的精准性，将110 MHz作为典型测试频率。

3.2 测试结果

第一，dvor工作频段中，不管哪个点实现背景测试曲线的对比，都是频谱测试曲线在来车时候弓网电弧电磁辐射较明显。

第二，因为过电分相是有电——无电——有电的循环换相流程，对比锚段关节和普通点，弓网电压的状态具有变化，电分相弓网离线电弧电磁辐射大于普通点和锚段关节，峰值检波方式中的电分相电场强度和锚段关节的电分相电场强度最大相差20.1 dB，和普通点的电分相电场强度最大相差26.8 dB。准峰值检波方式中的电分相电场强度和锚段关节的电分相电场强度相差26.1 dB，和普通点的电分相电场强度最大相差33.8 dB。平均值检波方式中的电分相电场强度和锚段关节的电分相电场强度最大相差18.1 dB，和普通点的电分相电场强度最大相差24.8 dB。因此，不管是平均值、准峰值或者峰值检波，电分相处弓网离线电弧电磁辐射大于普通点与锚段关节的弓网离线电弧电磁辐射，且都比20 dB大。

第三，每隔50 ms，接收机就会刷新测试数据，每次来车时候的测试时间为10 s，那么接收机在一次来车的时候能够测试200个数据。因为电弧随机放电的特点，此次拉弧及下次拉弧在此频点的能量各不相同。

图1为铁路线路和机场跑道的布局图。因为铁路线路和飞机跑道垂直，那么图1中交叉点处置向上沿线及飞机下滑道的角点就是弓网电弧电磁的最大辐射位置。实际测量可知，飞机着陆点距离交叉点有1 020 m，dvor和机场跑道、铁路线路三者的交叉点为4 000 m，飞机下滑的角度设置为3°，弓网电弧虽然和dvor信标台和地面存在一定高度，但是两者距离较远，所以可以忽略。由此可得到拉弧点到交叉点的距离关系，如图2所示[3]。

图1 铁路线路和机场跑道的布局

图2 拉弧点到交叉点的距离关系

4 结 论

通过本文研究，可得出如下结论。

（1）锚段关节及普通点的弓网电弧并不会影响到dvor，也不会出现电磁干扰。当电分相位拉弧点和交叉点相距236 m时，电分相弓网电弧干扰满足GB 6364-2013防护率需求。

（2）电分相处弓网离线电弧电磁辐射电场强度比普通点及锚段关节的弓网离线电弧电磁辐射电场强度大20 dB。