國際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)電磁兼容（簡稱EMC）的定義是：在不損害信號(hào)所含信息的條件下，使信號(hào)和干擾能共存。實(shí)踐證明研究某一行業(yè)的EMC問題對(duì)其在科技、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、貿(mào)易等各方面都有重要的現(xiàn)實(shí)意義。世貿(mào)組織（WTO）在WTO/TBT協(xié)議中規(guī)定了認(rèn)證制度，即所有貿(mào)易產(chǎn)品必須按國際標(biāo)準(zhǔn)或按簽字國的技術(shù)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)獲認(rèn)證資格的規(guī)范的實(shí)驗(yàn)室測試予以認(rèn)證。對(duì)于電氣產(chǎn)品，歐洲早已采用CE為市場準(zhǔn)入標(biāo)記，美日等國也有類似的做法。機(jī)車車輛、供電設(shè)備及鐵路通信信號(hào)設(shè)備均是我國外貿(mào)的重要項(xiàng)目，城市軌道交通設(shè)備更是重要的進(jìn)口商品,所以如何做好EMC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定以及實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證是一件重要的工作。在我國城市鐵路大發(fā)展的今天，這方面的工作更應(yīng)引起重視。至于城市鐵路系統(tǒng)對(duì)城市電磁環(huán)境的影響也應(yīng)得到應(yīng)有的關(guān)注。
二．城市軌道系統(tǒng)EMC的特殊性
城市軌道運(yùn)輸工程，從小至一個(gè)部件，大到一個(gè)復(fù)雜的子系統(tǒng)（如車輛、供電 信號(hào)等系統(tǒng)），更大到整個(gè)城軌系統(tǒng)工程，對(duì)內(nèi)對(duì)外都有EMC問題，這除了必須研究分析做好各子系統(tǒng)的自兼容工作外，還要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)工程及其環(huán)境進(jìn)行研究、測試、監(jiān)控，使他們都能在預(yù)定的電磁環(huán)境下正常工作，也就是既不對(duì)相鄰設(shè)備和系統(tǒng)構(gòu)成嚴(yán)重的干擾，也不會(huì)因相鄰系統(tǒng)/設(shè)備的干擾而降低工作能力，更不致污染城市的電磁環(huán)境。
但實(shí)際情況是，在城軌運(yùn)輸系統(tǒng)中，EMC問題遠(yuǎn)不及其他專業(yè)那樣成熟，這不僅因?yàn)樗且婚T邊緣的新學(xué)科，而且更多是由于它自身的復(fù)雜性，因?yàn)殡姶鸥蓴_經(jīng)常是隨機(jī)的、多變的，干擾的時(shí)域波不規(guī)則，頻譜也很復(fù)雜，鐵路沿線是大量的分布參數(shù)， 有的干擾源是不斷移動(dòng)的等等。這種結(jié)構(gòu)布局使電磁干擾從理論上分析清楚是極為困難的。
城市軌道運(yùn)輸系統(tǒng)與干線鐵路系統(tǒng)有很大的差別，它們的供電電流制不同，電壓、電流都不同，車輛及供電的工作方式不同，周圍環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的要求也不同。雖然干線鐵路的EMC工作開展的較早并且卓有成效，但也只能作為參考。
綜上所述，可見這方面的工作應(yīng)更多依靠測試，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)概率方法，即以大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為分析判斷的依據(jù)，這方面的工作是國外這個(gè)專業(yè)技術(shù)人員的重要業(yè)務(wù)內(nèi)容。
三．MC工作的內(nèi)容
從整體上來說，EMC技術(shù)包括EMC管理，EMC預(yù)測分析，EMC設(shè)計(jì)及EMC測試4項(xiàng)內(nèi)容，他們涵蓋了眾多的學(xué)科。
國外城軌系統(tǒng)的EMC管理是一項(xiàng)在不斷努力加強(qiáng)的制度化工作，各相關(guān)部門中都有EMC專業(yè)人員，他們根據(jù)電磁環(huán)境所提出的要求制定出EMC大綱作為最高的EMC管理文件，以其約束和監(jiān)督各子系統(tǒng)的EMC動(dòng)態(tài)，并且根據(jù)城市軌道系統(tǒng)的實(shí)際狀況選用和制定符合實(shí)際的EMC標(biāo)準(zhǔn)，確定各子系統(tǒng)及設(shè)備的EMC驗(yàn)證要求，制定試驗(yàn)計(jì)劃等。此外在日常工作中對(duì)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的測試也是其職責(zé)之一，如德國公交協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)VOV6.030.5和VOV6.325.2中均已對(duì)城軌接觸網(wǎng)中的諧波含量作了規(guī)定，但近年來由于廣泛使用VVVF車輛，諧波成分有了變化，雖然車輛上使用濾波器對(duì)相關(guān)頻率進(jìn)行了抑制，但對(duì)影響行車安全的軌道電路中諧波成分仍堅(jiān)持要進(jìn)行必要而經(jīng)常的監(jiān)測，特別是對(duì)敏感的信號(hào)裝置，如列車自動(dòng)停車感應(yīng)裝置等。
EMC管理的另一項(xiàng)任務(wù)就是協(xié)調(diào)各相關(guān)設(shè)備/子系統(tǒng)間的EMC標(biāo)準(zhǔn)，主要是協(xié)調(diào)干擾量值與抗干擾值間的關(guān)系。現(xiàn)在的趨勢(shì)是所允許的干擾值與抗擾值之間的距離日趨縮小，協(xié)調(diào)的準(zhǔn)則無疑是經(jīng)濟(jì)與安全因素的平衡。由EMC治理實(shí)踐人們認(rèn)識(shí)到，一般來說提高受干擾對(duì)象的抗擾能力比起過分削弱干擾源的干擾量易于做到而且相對(duì)經(jīng)濟(jì)合理。出現(xiàn)EMC問題，當(dāng)然首先應(yīng)考慮誰污染就治理誰，但如果實(shí)施過分就不僅超出了經(jīng)濟(jì)的合理性，而且有時(shí)會(huì)限制先進(jìn)技術(shù)的采用，也不符合“兼容”的初衷。
EMC預(yù)測，簡單地說就是在做任何一件技術(shù)工作之初都應(yīng)考慮EMC問題，在增設(shè)、改進(jìn)、重建某一設(shè)備/子系統(tǒng)/系統(tǒng)工程時(shí)都要清楚其電磁環(huán)境，初步估計(jì)項(xiàng)目建成后對(duì)人對(duì)己會(huì)產(chǎn)生什么影響，例如按歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50121-3-1(鐵路應(yīng)用-電磁兼容-機(jī)車車輛-列車與完整的車輛2000。9版)規(guī)定，車輛電氣設(shè)備在0。15MHZ—1GHZ頻段內(nèi)應(yīng)有20V/M電場強(qiáng)度的抗干擾能力，但是德國標(biāo)準(zhǔn)DIN40839(汽車的電磁兼容)卻告訴我們，如果機(jī)車車輛在MW級(jí)無線電臺(tái)及導(dǎo)航設(shè)備附近，僅按常規(guī)與其相距幾十公尺甚至幾百公尺都可能會(huì)大于這個(gè)電場強(qiáng)度。
城軌系統(tǒng)中存在形形色色的電磁干擾，如牽引回流電流與軌道電路電流在鋼軌上產(chǎn)生電導(dǎo)性耦合。牽引變電所整流變壓器連接形式的變化可能使其脈波數(shù)（諧波含量）改變，當(dāng)某些會(huì)干擾軌道電路的諧波分量又恰恰未被車輛的濾波器阻塞，則干擾產(chǎn)生了。但如果一開始就做EMC預(yù)測，只需采取簡單的EMC設(shè)計(jì)，或是加裝簡單的濾波器，或是改變連接方式，問題就解決了。又如低地板輕軌車輛，為了降低地板高度而將一些電氣設(shè)備由車下改裝到車頂，這在EMC觀點(diǎn)來看未必可取，至少應(yīng)該做好敏感的牽引電器的屏蔽與隔離工作，以減少近距離接觸導(dǎo)線的電場、磁場和受流干擾的危害。再如，目前車輛變流器中的電力電子器件大多已由GTO(可關(guān)斷可控硅整流器)改換為IGBT(隔離柵雙極晶體管)，這在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上無疑是個(gè)進(jìn)步，但從EMC角度來看，兩種半導(dǎo)體器件有不同的特性，因此采用了不同的抑制干擾措施，GTO變流器重視屏蔽，而IGBT變流器應(yīng)是更看重濾波器的設(shè)計(jì)，這樣才可減輕對(duì)車內(nèi)外的干擾強(qiáng)度。
由以上各例可以看出，如能重視EMC預(yù)測（最好再有一些試驗(yàn)相配合），對(duì)項(xiàng)目的結(jié)局有個(gè)基本正確的估計(jì)，那么下一步（EMC設(shè)計(jì)）并不困難，大多數(shù)情況使用的仍是傳統(tǒng)手段，如屏蔽、隔離、濾波、接地及使用EMC密封材料、光纖器件等措施，還有不少工藝上的做法也都方便而有效。從國外經(jīng)驗(yàn)來看，約有80%的干擾問題可以在產(chǎn)品/系統(tǒng)的開發(fā)及EMC設(shè)計(jì)過程中解決，如果未引起重視，完工后將會(huì)花雙倍以上的力氣去治理EMC問題。
理論上來說，城軌交通系統(tǒng)是一個(gè)運(yùn)行在鬧市周邊地區(qū)的直流電氣牽引系統(tǒng)，他以其寬頻譜、各種騷擾途徑（傳導(dǎo)、感應(yīng)、輻射）俱全的特點(diǎn)惡化（或說污染）了所在的電磁環(huán)境。雜散電流除腐蝕地下管線外，還會(huì)在接地的通信設(shè)備機(jī)架上形成高電位，危及設(shè)備和人員的安全，雜散電流使通信導(dǎo)線與附近大地形成電位差。受電弓（靴）產(chǎn)生的電猝發(fā)與浪涌成為城市雜波的重要組成部分，對(duì)附近的信息設(shè)備和精密儀器造成騷擾，接觸導(dǎo)線還是車輛內(nèi)高次諧波的發(fā)射天線，幅射污染了近距離的電磁環(huán)境，VOV和CISPR（國際無線電干擾特委會(huì)）都對(duì)距離接觸導(dǎo)線10M處的無線電干擾場強(qiáng)給出了限值，這一點(diǎn)對(duì)于市區(qū)內(nèi)的各種電車尤其值得重視。但正如本文開始所述，對(duì)這些問題能做出令人信服的定量的解釋還是只能依靠EMC試驗(yàn)。
四．一次EMC的現(xiàn)場測試
前述各例多為城鐵系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)間的EMC事件，下面介紹城軌系統(tǒng)工程作為干擾源對(duì)周圍環(huán)境的一次干擾實(shí)測情況，以供我們借鑒。
德國烏珀塔爾技術(shù)研究院腐蝕保護(hù)與電氣工程實(shí)驗(yàn)室受聯(lián)邦運(yùn)輸部委托，對(duì)柏林等五個(gè)德國城市的城軌鐵路路邊、街巷、醫(yī)院、牽引變電所等幾十個(gè)測量點(diǎn)的電場、磁場強(qiáng)度以及干擾頻譜狀況進(jìn)行了測量。并于1998年9月寫出了研究報(bào)告。限于篇幅，這里僅介紹一下幾點(diǎn)：
1．城軌沿線的主要干擾源是沿途的電力電纜、接觸網(wǎng)及雜散電流。除在變電所內(nèi)有較強(qiáng)的電場強(qiáng)度外，其余各處均以磁場的干擾形式為主。
2．沿途最易受干擾的對(duì)象（敏感設(shè)備）是電視機(jī)、電子計(jì)算機(jī)顯示器以及光柵電子顯微鏡、離子探測器、質(zhì)譜儀等科學(xué)儀器。電視機(jī)和顯示器在大于10μT恒穩(wěn)場中或大于0。5μT的低頻場中圖像就會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)。等離子電視機(jī)和L CD顯示器優(yōu)于普通電視機(jī)和顯示器，大尺寸屏幕比小屏幕更易受到干擾。光柵電子顯微鏡等一些高分辨率科學(xué)儀器在0。1μT恒穩(wěn)磁場中就會(huì)受到干擾，即使離開鐵路100m也依然如故 。
3．電力電纜埋設(shè)深度僅影響近距離（小于5m）磁場的測量結(jié)果，超過此距離后，恒穩(wěn)磁場的磁密變量僅與距離成反比，在距電纜20m以外時(shí)，磁密將小于10μT /KA，而且電纜距鋼軌越近這個(gè)數(shù)值越小。
4．接觸導(dǎo)線（軌）與回流的運(yùn)行軌越接近，對(duì)外的恒穩(wěn)磁場干擾越小，當(dāng)有其他運(yùn)行軌協(xié)同回流時(shí)，對(duì)外干擾量就會(huì)加大。在盡頭線處兩者電流差值近于零，因此測得的對(duì)外磁密干擾量就非常小，概括地說，在距軌道中心線的距離大于接觸導(dǎo)線高度情況下，磁密干擾量與這個(gè)距離的平方成反比。
5．當(dāng)雜散電流小于25%運(yùn)行電流時(shí)一般對(duì)沿線的工業(yè)、民用電子設(shè)備不會(huì)造成附加的干擾，但對(duì)于高靈敏度的醫(yī)療、科研儀器可能使其功能下降。試驗(yàn)工作者曾在一條單線鐵路上，距軌道中心100m處，當(dāng)無雜散電流時(shí)測得接觸導(dǎo)線電流的干擾量為0。12μT/KA,而有25%比例的雜散電流時(shí)，此值為0。5μT/KA，甚至距200m遠(yuǎn)處仍有0。25μT/KA的干擾量。
6．交流磁場的干擾量主要來自交流動(dòng)力電纜及其他形式的干擾源，來自車輛的高頻干擾在短距離內(nèi)即被衰減。交變磁場的頻率主要有50HZ、16.7HZ、300HZ以及他們的各次諧波，他們分別是公用供電頻率、現(xiàn)場附近德國老式干線電力牽引用的供電頻率以及變電所整流后的諧波頻率。
7．變電所內(nèi)的測試點(diǎn)是在牽引變壓器或整流器的上方或前方，恒穩(wěn)磁場的最大值是60μT/KA。交變磁場最大值是13μT/KA，其中50HZ成分約占60%，而250HZ 、300HZ 、350HZ 及600HZ 成分各占總信號(hào)的1～16%不等，更高頻率成分僅占1％～2%。此外，在相同測試點(diǎn)上還對(duì)交變電場進(jìn)行了測量，其中最高值為6。8V/m，50HZ場仍為主要成分。
8．報(bào)告作者對(duì)比了多個(gè)歐洲標(biāo)準(zhǔn)和德國標(biāo)準(zhǔn)后，認(rèn)為就試驗(yàn)結(jié)果而言，可以說德國的城市軌道工程，除對(duì)一些高靈敏度的科研設(shè)備有干擾外，并不會(huì)嚴(yán)重污染電磁環(huán)境，更不會(huì)危及人類的健康和安全。相比之下，城鐵工程內(nèi)部各子系統(tǒng)、各設(shè)備間的EMC問題顯得更為突出和重要。
9．由于重要的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)EN50121（鐵路的應(yīng)用—電磁兼容）和IEC/TC9組織至今未對(duì)恒穩(wěn)場和低頻場（0～9KHZ）問題給與充分的注意，僅稱作“其發(fā)射限值仍在擬定中。”正是因?yàn)闆]有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的試驗(yàn)條件、測試設(shè)備及手段、分析方法、結(jié)果評(píng)價(jià)等要素的支持，因此這份報(bào)告的結(jié)論僅能作為德國政府的施政參考而已。
參考文獻(xiàn)

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