王元國(guó) 北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院

1 故障情況

2009年6月18日，徐州北上到場(chǎng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制臺(tái)上位A機(jī)前、后臺(tái)顯示器出現(xiàn)黑屏現(xiàn)象。處理人員甩開該機(jī)視頻分配器，然后將室內(nèi)視頻延長(zhǎng)視頻線與前臺(tái)顯示器視屏線對(duì)接，前臺(tái)顯示器出現(xiàn)站場(chǎng)顯示，但畫面閃爍嚴(yán)重。通過在微機(jī)室內(nèi)直接為該上位機(jī)接顯示器的方法檢查時(shí)顯示正常。據(jù)此可知，故障可能原因一是視頻信號(hào)衰減嚴(yán)重，二是混入了干擾電流。于是我們先后采取了更換視屏分配器和甩地線的方法進(jìn)行了處理，當(dāng)甩開控制臺(tái)地線后設(shè)備恢復(fù)正常。此類現(xiàn)象在電氣化區(qū)段的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖車站出現(xiàn)較多，尤其是在雷雨季節(jié)非常突出，并且顯示界面抖動(dòng)程度會(huì)隨著雷聲的消失而逐漸減弱、消失，對(duì)此大多可以采用甩開地線的方法進(jìn)行處理。

2 原因分析

2.1 地線電流干擾

由故障處理過程可知，控制臺(tái)視頻信號(hào)受到了地線電流干擾，也就是通常所說的顯示器電源不干凈。究其根源，地環(huán)路干擾是主要原因。

地環(huán)路干擾是指不在同一位置且采用不同地線的幾個(gè)系統(tǒng)，在對(duì)接互連時(shí)所顯現(xiàn)出來的一種干擾。這種現(xiàn)象常常發(fā)生在通過較長(zhǎng)電纜連接的相距較遠(yuǎn)的設(shè)備之間，其產(chǎn)生的內(nèi)在原因是存在地環(huán)路電流。

圖1所示為典型的地環(huán)路干擾形成原理圖，下面我們來詳細(xì)介紹一下地環(huán)路電流形成的原因。

圖1 地環(huán)路干擾形成原理圖

原因1：A、B兩地地電位不同，形成地電壓VG，在其驅(qū)動(dòng)下形成了"A-設(shè)備1-互聯(lián)電纜 -設(shè)備2-B-地-A"環(huán)形電流回路。由于電路的不平衡性，每根導(dǎo)線上的電流不同，因此會(huì)產(chǎn)生差模電壓，對(duì)電路造成干擾。由于其它功率較大的設(shè)備（如設(shè)備1）地線也與此環(huán)路相連，在地線中引起較強(qiáng)電流，而地線又有較大阻抗因此產(chǎn)生地線電壓VG。

原因2：由于互聯(lián)設(shè)備處在較強(qiáng)的電磁場(chǎng)中，電磁場(chǎng)在"設(shè)備1- 互聯(lián)電纜 -設(shè)備2-地 "形成的環(huán)路中感應(yīng)出環(huán)路電流，與原因1的過程一樣導(dǎo)致干擾。

下面我們針對(duì)本站的具體情況來分析故障出現(xiàn)原因，圖2所示為設(shè)備故障處理前的鐵路行車室控制臺(tái)及微機(jī)室設(shè)備地線連接簡(jiǎn)圖。

其中①②③④⑤⑥意義如下：

①控制臺(tái)安全地線，連接控制臺(tái)和信號(hào)樓水平接地體；

②控制臺(tái)與控制臺(tái)地線匯集排的連接線；

圖2 行車室信號(hào)設(shè)備接地圖

③④顯示器、視屏分配器等電源地線；

⑤信號(hào)樓微機(jī)室與控制臺(tái)間的連接地線（通常取自控制臺(tái)電源護(hù)套線）；

⑥計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備的信號(hào)地，連接微機(jī)室地線匯集排與信號(hào)樓地下環(huán)形接地體。

由圖2可知，地線①、②、⑤、⑥控制臺(tái)地線匯集排和信號(hào)樓地下水平接地體共同組成了一個(gè)封閉的地線環(huán)路，這為地環(huán)路電流的產(chǎn)生提供了條件。另外，以下幾個(gè)方面也是造成地環(huán)路電流產(chǎn)生的原因。

（1）信號(hào)樓地下環(huán)形接地體并非嚴(yán)格意義上的等電位體，也存在阻抗，況且其長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于寬度（長(zhǎng)度約90 m），其阻抗較高。當(dāng)水平接地體上有電流流過時(shí)就會(huì)造成①、⑥間有電位差。

（2）信號(hào)設(shè)備與鋼軌連接緊密，干擾電流易于侵入。

一是易受雷擊影響。在漫長(zhǎng)的鐵道線上，鋼軌處于野外很容易受到直擊雷或感應(yīng)雷的影響，并在鋼軌中形成強(qiáng)電流，該電流會(huì)通過信號(hào)設(shè)備或貫通地線流經(jīng)信號(hào)樓水平接地體從而造成①、⑥間有電位差。

二是受電氣化鐵路影響大。電氣化鐵路電力機(jī)車功率巨大，如國(guó)產(chǎn)SS4型電力機(jī)車功率6400 kW，工作電流高，該電流返回路線有兩條，一條沿鋼軌、回流線返回牽引變電所，另一條以大地為回路返回，這兩種方式一定程度上都會(huì)在信號(hào)設(shè)備及貫通地線中形成電流，進(jìn)而影響到①、⑥間的電位不平衡。

圖3 故障設(shè)備信號(hào)樓內(nèi)的設(shè)備平面布置圖

2.2 電磁兼容不合理

圖3為故障設(shè)備信號(hào)樓內(nèi)的設(shè)備平面布置圖，此種布置在鐵路既有線信號(hào)樓比較常見。據(jù)圖可知，該信號(hào)樓內(nèi)電源屏、繼電設(shè)備、微機(jī)設(shè)備強(qiáng)弱電混雜，尤其是具有強(qiáng)電設(shè)備的電源屏室處于行車室和微機(jī)室之間，造成從微機(jī)室到行車室的低壓傳輸線纜必須經(jīng)過強(qiáng)電干擾區(qū)，難免受到電磁污染。同時(shí)強(qiáng)弱電混雜，給綜合布線帶來困難，強(qiáng)弱電線纜不得不同槽擺放，這使得低壓微機(jī)設(shè)備長(zhǎng)期受到強(qiáng)電線纜的電磁輻射和電磁耦合干擾，而加快了電子元器件損壞速度。

3 解決措施

3.1 將一端的設(shè)備浮地

如上文所述，將連接地線②拆除，控制臺(tái)顯示器等設(shè)備就處于浮地狀態(tài)。這樣做的目的是切斷地環(huán)路，消除地環(huán)路電流。而控制臺(tái)顯示器、分頻器仍可以通過地線⑤、⑥可靠接地。

3.2 使用隔離變壓器切斷地線電流環(huán)路

控制臺(tái)電源在室內(nèi)采用隔離變壓器進(jìn)行隔離，進(jìn)而切斷地環(huán)路電流。但要注意，變壓器初次級(jí)之間的寄生電容仍然能夠?yàn)轭l率較高的地環(huán)路電流提供通路，因此變壓器隔離的方法對(duì)高頻地環(huán)路電流的抑制效果較差。

3.3 使用共模扼流圈

在視頻連接電纜上使用共模扼流圈相當(dāng)于增加了地環(huán)路的阻抗，這樣在一定的地線電壓作用下，地環(huán)路電流會(huì)減小。但要注意控制共模扼流圈的寄生電容，否則對(duì)高頻干擾的隔離效果很差。共模扼流圈的匝數(shù)越多，則寄生電容越大，高頻隔離的效果越差。

3.4 改變信號(hào)樓內(nèi)信號(hào)設(shè)備擺放布局

如圖4所示，如果將電源室移到信號(hào)樓的尾部，將微機(jī)室移到行車室附近就可以減少?gòu)?qiáng)電設(shè)備對(duì)弱電設(shè)備的干擾，解決信號(hào)樓內(nèi)綜合布線的難題。此方案可作為新建信號(hào)樓室內(nèi)設(shè)備布局的參考。

圖4 將電源室移到信號(hào)樓的尾部，將微機(jī)室移到行車室附近示意

4 結(jié)束語

在電氣化鐵路復(fù)雜的電磁環(huán)境下，要做到信號(hào)樓微機(jī)設(shè)備完全不受干擾非常困難，抑制地線電流干擾也只是鐵路信號(hào)樓綜合防雷接地系統(tǒng)的一個(gè)方面。本文目的在于探討一些解決此類問題的方法，提供一種思路，以期能有助于鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)設(shè)備的維護(hù)。