電氣化弓網(wǎng)離線電弧對GSMR的電磁噪聲分析

1、電氣化弓網(wǎng)離線電弧對GSM-R的電磁噪聲分析電氣化弓網(wǎng)離線電弧對GS-R的電磁噪聲分析摘要：本文主要討論GS-R數(shù)字移通信系統(tǒng)的電磁干擾和電磁兼容問題,分析了電氣化弓網(wǎng)離線噪聲，以及此類噪聲對GS-論文聯(lián)盟.Ll.R無線通信的影響，為降低此類噪聲對GS-R的影響做了有意義的工作。關(guān)鍵詞：GS-R；弓網(wǎng)離線；同頻干擾中圖分類號：U264.34文獻標識碼:A1.弓網(wǎng)電弧的噪聲分析現(xiàn)有的文獻及實測均說明，對GS-R無線通信系統(tǒng)的主要電磁干擾來自于弓網(wǎng)電弧，其主要產(chǎn)生的是高頻電磁波，且頻率有大局部正好是落在GS-R所使用的頻段范圍內(nèi)1。所以分析弓網(wǎng)電弧的產(chǎn)生噪聲對研究GS-R抗干擾問題是必要的。既有文

2、獻2對弓網(wǎng)電弧進展了Siulink建模擬真，在解決弓網(wǎng)離線對電磁兼容環(huán)境造成的污染，做了積極地探究工作。本文主要是針對弓網(wǎng)電弧對GS-R所在的900頻段的噪聲仿真，有更強的針對性。1單次火花放電要討論弓網(wǎng)離線電弧在900頻段的噪聲，那先要考慮弓網(wǎng)離線單次放電情況?；鸹ǚ烹娋哂泻軐挼脑肼曨l譜，從十KHZ到上GKHZ。單次火花放電所產(chǎn)生的噪聲是由一系列衰減震蕩的脈沖組成，該噪聲峰值檢波電壓服從高斯分布，半峰值脈寬為2.36,有ATLAB仿真?；鸹ǚ烹娒}沖上升沿在ns數(shù)量級上，振蕩持續(xù)時間約為十幾到幾十ns。單次火花放電所產(chǎn)生的噪聲，其電流幅值的衰減在誤差范圍內(nèi)滿足負指數(shù)分布規(guī)律。2連續(xù)放電列車在運

3、行過程中，弓網(wǎng)離線造成的放電并不是單次出現(xiàn)的。那分析弓網(wǎng)電弧在900頻段的干擾需要分析連續(xù)放電情況。當受電弓與接觸線別離，空氣間隙的端電壓隨著接觸網(wǎng)工頻電壓變化逐漸增大，直到到達擊穿電壓Ub時，間隙就被擊穿了。此時，假設(shè)電源容量足夠，氣隙將形成電弧放電。這時間隙完全喪失絕緣性能，形成了短路的通道，產(chǎn)生很大電流的電弧，溫度達上千度，產(chǎn)生強光輻射以及高頻電磁波。當該工頻電流減小至零點附近時，電弧熄滅，受電弓與接觸線之間恢復(fù)高阻狀態(tài)；然后空氣間隙的端電壓再次到達擊穿電壓，重復(fù)上面所描繪的現(xiàn)象，直到受電弓與接觸線恢復(fù)良好電接觸為止。弓網(wǎng)電弧噪聲模型由列車經(jīng)過硬點、弓網(wǎng)離線、單次空氣放電、連續(xù)空氣放電、

4、電弧產(chǎn)生。擊穿電壓取30KV，極間間隔 取1，空氣密度取1，火花放電時間取10us，受電弓歸算質(zhì)量取59kg，極間間隔 取10，弓網(wǎng)一次離線在900HZ頻段電弧噪聲分布仿真如下列圖2所示。圖2弓網(wǎng)一次離線電弧噪聲分布有圖2可知，弓網(wǎng)電弧產(chǎn)生的高頻電磁波頻率局部散落在GS-R系統(tǒng)的載頻范圍內(nèi)，造成同頻干擾。當電磁噪聲幅度較大時，將對系統(tǒng)的可靠性造成嚴重影響，使得系統(tǒng)誤碼率急劇增高，甚至會產(chǎn)生通信中斷現(xiàn)象。對于一般的通信來說，這種現(xiàn)象不會造成嚴重的后果，列控系統(tǒng)的車地雙向通信數(shù)據(jù)需要通過GS-R系統(tǒng)進展傳輸，不能有絲毫的錯誤發(fā)生。因此，系統(tǒng)誤碼率升高和通信中斷會嚴重威脅列車行車平安，對列車營運造成

5、極大的平安隱患。3連續(xù)放電的重復(fù)頻率為了仿真列車運行過程中連續(xù)離線弓網(wǎng)噪聲在900HZ頻段分布，需要用到電弧的重復(fù)頻率。接觸網(wǎng)與受電弓之間產(chǎn)生的電弧出現(xiàn)頻率與以下幾個參數(shù)相關(guān)：接觸網(wǎng)定位點之間的跨距d，列車運行速度v。由此，可以得到統(tǒng)計意義上的電弧重復(fù)頻率2其中：v表示列車運行速度k/h；d表示硬點間距；表示弓網(wǎng)離線概率。本文通過輸入接觸網(wǎng)硬點間距，列車運行速度實現(xiàn)列車周期性的通過硬點；以指數(shù)概率分布作為受電弓離線的概率分布，并同時以之生成最大離線間隙；通過最大離線間隙、回復(fù)力一般近似等于接觸網(wǎng)壓力和受電弓歸算質(zhì)量計算弓網(wǎng)離線的時間以及所產(chǎn)生的擊穿電壓。最大離線間隙取1，回復(fù)力取79.79N，

6、硬點間距取70，列車運行速度取300k/h，弓網(wǎng)離線概率0.45。弓網(wǎng)連續(xù)離線產(chǎn)生的噪聲如圖，在過硬點的時候發(fā)生離線事件，具有隨機性。電力機車速度越高，受電弓與接觸導線別離的可能性越大，弓網(wǎng)電弧越容易產(chǎn)生。電弧產(chǎn)生時向周圍發(fā)射高頻噪聲，對機車沿線的通訊信號和無線電信號造成很大的干擾，嚴重時會導致通訊連續(xù)和無線電信號失效等現(xiàn)象。2.弓網(wǎng)離線噪聲分析對于本文所研究的弓網(wǎng)電弧產(chǎn)生的高頻同頻電磁噪聲，幅度具有隨機性，而頻率分布也是在900Hz附近分布，噪聲的頻率分布范圍與GS-R的工作頻率互相重疊，而且幅度變化較大，噪聲強度高的時候會對GS-R通信系統(tǒng)的性能造成嚴重影響。對論文聯(lián)盟.Ll.于GS-R基

7、站發(fā)射的信號來說，信號要經(jīng)過空間的衰落，空間傳播信道可看做瑞利信道，而且具有多徑效應(yīng)，幾乎在列車運行時GS-R的天線系統(tǒng)很少有時機收到直達波，但是對于弓網(wǎng)電弧放電產(chǎn)生的高頻電磁波噪聲那么不同，這種噪聲源間隔 天線接收系統(tǒng)極近，空間損耗幾乎可以忽略，間隔 就為機車電弓與GS-R天線系統(tǒng)的間隔 ，而且?guī)缀踅^大局部是直達波接收，再加上強度足以干擾GS-R正常接收的概率也較大，隨著機車速度的提升，這種干擾的影響已經(jīng)不容無視。根據(jù)上面對弓網(wǎng)離線噪聲的分析可以看出，此類噪聲有以下3個特點：1)弓網(wǎng)離線的發(fā)生時隨機事件，因此弓網(wǎng)離線產(chǎn)生的噪聲也是隨機事件2)噪聲是一個平穩(wěn)的隨機過程3)噪聲頻譜很寬，可以近似認為是白噪聲3.結(jié)論綜上所述，對電氣化鐵道脈沖騷擾對無線通信系統(tǒng)的干擾問題進展分析和預(yù)測時，采用弓網(wǎng)噪聲數(shù)學模型進展計算機仿真，具有一定參考價值。電氣化弓網(wǎng)離線噪聲對GS-R系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中存在著同頻干擾，可以通過適當?shù)姆椒▉砼懦蚍乐惯@些干擾，常用的有智能天線、分集接收、交織技術(shù)。解決GS-R挪動通信網(wǎng)絡(luò)的干擾，尤其是降低電磁干擾，是一項長期不連續(xù)而且非常復(fù)雜的工作，有待于在實際工作中進一步探究總結(jié)。致謝在此我謹向我的導師王長林教授以及在做論文過程中給予我很大幫助的列