CTCS_3级列控系统EMC技术的研究

1Technological Innovation技术创新CTCS-3级列控系统EMC技术的研究郑 升（铁道部运输局，北京 100844）摘要：依据CTCS-3级列控系统在实际运行中的电磁环境状况，从骚扰源、耦合途径和敏感设备3个

构成电磁干扰的环节入手，分析CTCS-3级列控系统的干扰模型。围绕ATP系统的电磁兼容性试验，研究并验证CTCS-3级列控系统在现场和在实验室的电磁兼容测试方法和测试技术，讨论国内和国际相关标准的发展状况，提出了几点展望。关键词：CTCS-3 设备 系统 电磁兼容测试

Abstract: On the basis of the electromagnet environment conditions in actual application of CTCS-3 train control system, the interference pattern of CTCS-3 system is analyzed from interference sources, coupling approaches and sensitive devices. Both lab and onsite EMC test methods and technologies of CTCS-3 system are explored and verifi ed around the EMC test of ATP system. Development status of the relevant standards at home and abroad is discussed, and the expectations are put forward.Keywords: CTCS-3, Equipment, System, and EMC testDOI: 10.3969/j.issn.1673-4440.2011.01.001

随着国内高速铁路的建设和多条客运专线的开通，中国的铁路运输网不断刷新运营里程、运营速度的世界纪录。CTCS-3级列控系统是目前我国技术最先进、自动化程度最高的列车运行控制系统。在动车组上复杂的电磁环境中，各类电气电子设备密集，既有大电流高功率的牵引、变流、空调设备，也有处理微弱信号的通信与控制设备。它们之间能否达到电磁兼容状态，实现系统协同工作而互不干扰，使得电磁噪声控制与抑制、网络控制系统和车载设备的抗干扰性能、车载电气设备的布局、布线等设计面临严峻的考验。尤其对于网络控制系统、车载列控设备和安全回路而言，能否经受工作条件的考验，能否正常、安全、稳定地工作更是关系到整个铁路的安全运行的大事。

1 CTCS-3级列控系统的电磁兼容研究概述CTCS-3是基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统。CTCS-3级列控系统由车载子系统和地面子系统两大部分组成，其地面设备由列控中心（TCC）、无线闭塞中心（RBC）、点式信息设备、ZPW-2000轨道电

路、GSMR-C无线通信网络设备等构成；车载子系统包括CTCS车载设备和无线系统车载模块。车载CTCS设备采用列车自动防护（ATP）系统，主要由安全计算机（VC）、轨道电路信息接收单元（STM）、应答器信息接收单元（BTM）、制动接口单元、运行记录单元、人机界面（DMI）、速度传感器、轨道电路信息接收天线（STM天线）、应答器接收天线（BTM天线）等组成。GSMR-C车载设备作为信息传输平台完成地车间大容量信息的交换。CTCS-3级列控系统组成，如图1所示。为此，对CTCS-3级列控系统设备的电磁兼容技术研究，可以划分为“车”、“地”两大方面。本文将以车载ATP系统为例，介绍电磁兼容试验和相关的关键技术。从电磁干扰的构成而言，离不开骚扰源、耦合途径和敏感设备3个要素，如图2所示。ATP系统作为一套复杂的信息处理和自动操控设备，需要采集轨道电路信息和应答器信息等弱信号，又包含无线通信子系统，故ATP本身较易成为敏感设备而受到干扰；动车组内电气电子设备繁杂，许多设备（尤其是大功率的电气牵引、变流设备）都有较强的电磁噪声

铁路通信信号工程技术(RSCE) 2011年2月，第8卷第1期Technological Innovation技术创新2发射。另一方面，ATP系统自身的设备也有一定的骚扰发射，这些都是潜在的骚扰源；动车组上设备密度大、安装空间狭窄、电缆布线密集，造成骚扰源与敏感设备之间的耦合途径不唯一，而是一种混合模式，为对干扰系统进行分析带来了一定的困难。

2 电磁兼容测试2.1 标准测试标准测试应当在通过国家认可实验室资质认定的实验室进行。作为涉及安全应用的关键设备，铁路信号设备的电磁兼容性测试不同于民用产品，不仅对传导发射和辐射发射指标做出了强制性规定，还对设备的抗扰度指标提出了严格的强制性要求。对于ATP系统，应当依据中华人民共和国铁道行业标准TB/T3073-2003《铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值》实施。在实验室搭建完整的模拟运行平台，以确保ATP系统中各设备在正常工作状态下进行测试。主要测试项目如表1所示。2.2 现场测试现场测试系指对已装备动车组的ATP系统进行运行期间的电磁兼容性测试。测试在试验线路或新建线试验样段进行。不同于标准化的设备测试，现场测试的目的不

是为了直接考察设备的骚扰发射与抗扰度性能，而是为了获取设备在实际工作条件下的电磁环境与兼容性电平等数据。由于要在动车运行状态下进行动态的测试，考虑到安全的因素，测试方案的实施不能影响到动车组上设备的正常工作，即测试手段和方法不能破坏或更改设备的任何电气结构和连接关系，也不允许对其注入或施加任何额外的电磁骚扰。在这个前提下，现场测试的内容就被严格限制在“不对被测对象造成影响的测量”的范畴之内。针对ATP系统的敏感设备单元，可以进行如下的测试项目：ATP设备机械间的电磁环境测量、

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表1 ATP系统需进行的电磁兼容标准测试项目试验项目测试端口依据的基础标准限值或试验等级

传导发射电源端口GB9254-1998符合Class A限值辐射发射机箱端口GB9254-1998符合Class A限值

静电放电抗扰度机箱端口GB/T17626.2

-1998

±6 kV（接触放电)

±8 kV（空气放电)性能判据A

射频电磁场辐射抗扰度机箱端口GB/T17626.3-1998vz80～1 000 MHz10 V/m

80%AM(1 kHz)性能判据A

电快速瞬变脉冲群（EFT）抗扰度

电源端口信号线端口地线端口

GB/T17626.4-1998±2 kV5/50 ns（Tr/Th)

5 kHz(重复率)性能判据A

浪涌（冲击）抗扰度

电源端口信号线端口GB/T17626.5-19991.2/50 μs±2 kV（共模)

±1 kV（差模)性能判据A

射频场感应的传导骚扰抗扰度

电源端口信号线端口地线端口

GB/T17626.6-19980.15～80 MHz10 V

80%AM（1 kHz)性能判据A

铁路通信信号工程技术(RSCE) 2011年2月3

Technological Innovation技术创新ATP设备主要信号电缆上感应骚扰电流的测量、在GSM-R天线端口测量GSM-R频段的射频骚扰等。配合测试序列的设计，在进行上述测量项目的过程中，可以对空调系统产生的电磁噪声、受电弓升降产生的电磁骚扰、弓网离线放电脉冲等骚扰源进行有针对性测量。举例而言，电磁骚扰往往通过各种信号端口进入车载列控设备而造成干扰并引发设备故障。动车组上的电磁骚扰耦合方式可能非常复杂，既存在共地线耦合、线间串扰，也存在空间辐射场被电缆（或天线）接收而窜入设备，这些耦合往往都是混合模式的，且各类干扰都能在信号电缆上反映出共模骚扰电流。无论是接地系统设计缺陷、布线不合理或者电缆接地处理不好，由这些信号端口进入设备的电磁骚扰均有可能引起设备的工作异常或者故障，故而可以对车载ATP设备的各种信号输入端口进行共模骚扰电流测量。例如对ATP系统BTM单元的天线端口，可以使用电流钳探头将其卡在电缆的外皮上，来测量该端口上的共模骚扰电流，如图3所示。实际测量的结果如图4所示。在现场测试得到数据的基础上，结合试验当时的运行工况等条件进行分析，可以初步判断哪一种形式的骚扰来自牵引系、哪一种形式的来自弓网间的火花噪声等。为验证分析结果的正确性，还需要对实际的牵引电机、变频电源等单体设备进行测试。这项工作在车上无法实现，因为在整个车辆系统内无法分辨具体的噪声来源，所以需要到制造厂家对各类设备在试验台上进行测试。2.3 故障模拟试验由于在实验室进行的标准化试验，是针对单台设备或者某一子系统进行的。即使设备通过了符合性测试，但当其安装到动车组上，工作在一个复杂的电磁环境之中时，却有可能发生电磁兼容性问题。一是由于实际环境中的电磁骚扰与实验室施加的试验波形不同，二是实际工作环境的电磁骚扰可能超过标准规定的试验电平。对于发生的电磁兼容性故障，在确定了敏感故障单元后，可以结合对该单元设备进行的现场测量数据，设计具体的故障模拟试验，在试验室进行试验，复现现场的故障现象，从而获得设备敏感端口的具体的敏感度电平，进而采取适当的措施来抑制骚扰和消除干扰。仍以BTM的天线端口为例。如果在现场发现该设备发生故障，怀疑该故障系由电磁干扰引起，并且从现场测试频谱中发现有一段可疑的高电平骚扰，那么就可以设计以下的试验，如图5所示。

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