高速铁路电磁环境及车载设备电磁兼容性基础理论研究

随着中国高速铁路的飞速发展，高速铁路的电磁噪声对周边环境的影响越来越为人所关注，同时，高速铁路的地面设备和动车组车载系统等涉及列车运输安全和效率的关键系统也会由于受到来自周边环境中的电磁干扰而发生故障。本项目以解决上述在实际应用及研究中所遇到的问题为出发点，力求基于武广线、郑西线和京沪高速客运专线的实践经验，研究高速铁路的电磁环境及动车组车载设备的电磁兼容基础理论，寻求可行的电磁兼容防护方法，建立适合我国高铁国情的电磁兼容理论体系和技术规范。本项目的研究内容包括采用路/场相结合的方法研究建立高速铁路与速度相关的电磁骚扰源的预测模型；研究高速动车组车载列车控制系统的干扰耦合机理，研究不同车型、不同布线方式和接地方式对于干扰耦合的影响；提出基于数理统计方法的高速铁路电磁环境效应的评估方法，研究建立动车组车载系统的电磁兼容规范。本项目的研究对保证高速铁路安全、高效地运营具有重要意义。

中国高速铁路的发展经历了从技术引进、消化集成到全面创新几个阶段。但在高速铁路技术引进、联合设计到消化吸收、集成创新的发展过程中，由于我国从世界各国引进的动车组和车载设备的电磁兼容设计理念不同，导致设备和动车组系统无法实现全面兼容，加之高铁电磁兼容技术基础薄弱，缺乏相关理论基础支持，运营车辆的电磁干扰防护措施难以实施等原因，使得在我国高铁运行的初期，动车组及车载设备的电磁干扰故障频出，高铁电磁环境效应缺乏系统验证，严重影响了高铁运营的安全性和可靠性。因此，系统解决高铁装备的电磁兼容问题，构建高铁电磁兼容质量监督体系是我国高铁发展到全面创新阶段必须要面对的研究课题。.基于上述应用需求，项目组围绕高速铁路的电磁环境和动车组车载设备的电磁兼容性基础理论，从电磁兼容的三要素入手，首先重点研究了高铁系统内的最主要电磁骚扰源——受电弓接触网分离时对车载设备所产生的辐射和传导脉冲骚扰。研究了弓网放电脉冲的特性和动车组运行速度对弓网放电骚扰的影响，建立了动车组在不同运行速度下弓网离线放电的理论模型和实验室模拟仿真实验模型。其次，以动车组车载点式应答器（BTM）和速度传感器所受的电磁干扰为例，研究了动车组车载设备的电磁骚扰传输和耦合特性，以切断电磁骚扰的耦合途径的方式，成功解决了在线运营车辆车载BTM和速度传感器的地环路干扰问题。第三，采用线间串扰理论和接地抗干扰技术，研究了基于动车组整车的车载设备的抗干扰特性，建立了动车组整车布线和接地的电磁兼容性预测模型，解决了动车组整车电磁兼容预测建模的关键问题。最后，研究了高速电气化铁路对周围敏感设施的电磁环境效应和有效安全防护距离，为高铁的进一步发展提供环境适应性依据。.项目组按期完成了任务书规定的研究内容，并在上述研究的基础上，公开发表论文16篇。申请发明专利6项，其中3项已获得授权。制定铁路行业高铁信号系统电磁兼容检测细则8项，《轨道交通有人环境中电子和电气设备产生的磁场强度测量方法》国家标准1部，目前已形成报批稿并通过审查。在研究过程中，多次解决了高铁在线运营车辆车载设备的电磁干扰故障，据中国铁路总公司运输局统计，2014年动车组车载信号设备的干扰故障率比往年有大幅降低。.可见，本项目的研究成果既可以促进系统级电磁兼容理论研究的深化，又可以直接指导解决国家重点基础设施的技术问题，实践问题导向的科学研究。