一种电气化铁路电磁环境监测系统

摘要

本发明公开了一种电气化铁路电磁环境监测系统，包括：信号接收采集设备，用于进行信号采集，输出五路采集信号；功率合成器，用于对第一、第二路采集信号进行功率合成及阻抗匹配处理；实时频谱仪，用于对功率合成信号进行FFT运算处理；接收机，用于对第三路采集信号进行检波处理；功率分配器，用于将第四路采集信号平均分配至频谱仪和示波器分别进行采集处理；示波器，用于将第四路采集信号的强度按照频率顺序进行采集处理；频谱仪，用于将第四路采集信号的强度按照时间顺序进行采集处理；控制计算机，用于对信号进行记录存储，并进行显示。本发明可在列车正常行驶过程中即可准确获得列车内外部的电磁环境数据，为电气化铁路的正常运行提供保障。

说明书

技术领域

本发明属于电磁兼容测试技术领域，尤其涉及一种电气化铁路电磁环境监测系统。

背景技术

目前，我国电气化铁路采用工频单相交流25kV供电制式，电气化铁路中列车所需电力是由牵引供电系统提供，其中该系统中接触网属于典型的非对称高压输电线路，会产生不平衡电磁场，对列车电子设备产生干扰，尤其是两轨道牵引电流不平衡、弓网离线、过分相、遭遇雷击等，会产生较强的电电压畸变和瞬态脉冲等电磁干扰，对电气系统产生影响；另一方面，电气化铁路电气系统与牵引弓网回流共用铁轨作为传输回路，两者之间存在一定的传导干扰，因此需对电气化铁路电磁环境进行实时监测，为电气化铁路的正常行驶提供保障。

传统的测量方法有两种：

(1)在轨道外一定距离设置监测点，依据国内GB/T24338《轨道交通电磁兼容》标准进行测量，用以评估整个铁路系统对外部设备的辐射发射。该方法的缺点在于：不能准确获得列车内部的电磁环境，且不能反映整个线路的电磁环境。

(2)在列车内部设置监测点，依据铁道部行业标准TB/T 3351进行测量，该方法虽然能够获得列车组内的低频磁场对人及设备的辐射发射，但并未考虑列车运行速度、火花放电等诸多因素，不能测量得到系统最大的辐射情况。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种电气化铁路电磁环境监测系统，在列车正常行驶过程中即可准确获得列车内外部的电磁环境数据，为电气化铁路的正常运行提供保障。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种电气化铁路电磁环境监测系统，包括：

信号接收采集设备，用于对电气化列车在运行过程中存在的空间辐射电磁干扰信号和传导电磁干扰信号进行采集，输出五路采集信号；

功率合成器，用于接收信号接收采集设备输出的第一路采集信号和第二路采集信号，对第一路采集信号和第二路采集信号进行功率合成及阻抗匹配，输出功率合成信号，以将第一路采集信号和第二路采集信号经射频电缆低损传输至实时频谱仪；

实时频谱仪，用于接收功率合成器输出的功率合成信号，对功率合成信号进行FFT运算处理，得到运算处理结果，做到不遗漏当前频段内的瞬态干扰信号；

接收机，用于接收信号接收采集设备输出的第三路采集信号，对第三路采集信号进行检波处理后发送至控制计算机；

功率分配器，用于接收信号接收采集设备输出的第四路采集信号，将第四路采集信号平均分配至频谱仪和示波器分别进行采集处理；

示波器，用于将第四路采集信号的强度按照频率顺序进行采集处理，并将采集处理结果发送至控制计算机；

频谱仪，用于将第四路采集信号的强度按照时间顺序进行采集处理，并将采集处理结果发送至控制计算机；

控制计算机，用于对实时频谱仪、接收机、示波器和频谱仪的输出信号，以及信号接收采集设备输出的第五路采集信号进行记录存储，并进行显示。

在上述电气化铁路电磁环境监测系统中，信号接收采集设备，包括：两个瞬态场强接收仪、25Hz～100kHz磁场环天线、9kHz～30MHz磁场环天线、30MHz～18GHz接收天线和电流探头。

在上述电气化铁路电磁环境监测系统中，第一路采集信号为通过25Hz～100kHz磁场环天线采集得到的25Hz～100kHz空间电磁干扰信号。

在上述电气化铁路电磁环境监测系统中，第二路采集信号为通过9kHz～30MHz磁场环天线采集得到的9kHz～30MHz空间电磁干扰信号。

在上述电气化铁路电磁环境监测系统中，第三路采集信号为通过30MHz～18GHz接收天线采集得到的30MHz～18GHz电磁干扰信号。

在上述电气化铁路电磁环境监测系统中，第四路采集信号为通过电流探头耦合接收的传导电磁干扰信号。

在上述电气化铁路电磁环境监测系统中，第五路采集信号为通过两个瞬态场强接收仪采集得到的5Hz～400kHz电磁干扰信号。

在上述电气化铁路电磁环境监测系统中，还包括：存储设备，用于对实时频谱仪接收到的功率合成信号、以及实时频谱仪输出的运算处理结果进行存储，以便控制计算机读取。

本发明具有以下优点：

(1)本发明公开了一种电气化铁路电磁环境监测系统，通过在列车内、外布置测点，采用分布式测量手段获取列车行驶过程中的牵引供电系统的电磁环境特征数据，并利用实时频谱捕获及流盘存储技术获取列车行驶过程中遇到的雷电、弓网离线等产生瞬态电磁干扰，在列车正常行驶过程中即可准确获得列车内外部的电磁环境数据，为电气化铁路的正常运行提供保障。

(2)本发明公开了一种电气化铁路电磁环境监测系统，能够针对运行中的电气化列车实现电磁环境的不间断监测，监测范围覆盖工频磁场、射频电磁场及地线电流等，并且能够针对弓网短路、断路、离线、过分相等特殊工况下的复杂电磁环境，实现空间电磁场时域与频域的实时监测。

(3)本发明公开了一种电气化铁路电磁环境监测系统，克服了瞬态干扰对电气化铁路系统产生电磁影响强度的瞬时性以及影响方式的多样性等难以捕捉的问题，实现了对列车行驶过程中瞬态干扰信号的获取。

(4)本发明公开了一种电气化铁路电磁环境监测系统，采用多传感器+多种接收机同时接收采集的方式，大大提高了测试准确度及测试效率。

附图说明

图1是本发明实施例中一种电气化铁路电磁环境监测系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。

本发明公开了一种电气化铁路电磁环境监测系统，其核心思想之一在于：通过在电气化列车内、外布置测点，利用瞬态场强测试仪、电流探头、天线等多种传感器采用分布式测量手段，获取电气化列车在运行过程中的电磁环境特征数据，同时利用实时频谱捕获及流盘存储技术获取瞬态干扰的频谱数据，为电气化铁路系统正常运行提供技术支撑。

如图1，在本实施例中，该电气化铁路电磁环境监测系统，包括：

信号接收采集设备，用于对电气化列车在运行过程中存在的空间辐射电磁干扰信号和传导电磁干扰信号进行采集，输出五路采集信号。

在本实施例中，信号接收采集设备具体可以包括：两个瞬态场强接收仪、25Hz～100kHz磁场环天线、9kHz～30MHz磁场环天线、30MHz～18GHz接收天线和电流探头。其中，一个瞬态场强接收仪安装在电气列车车厢外；另一个瞬态场强接收仪、25Hz～100kHz磁场环天线、9kHz～30MHz磁场环天线、30MHz～18GHz接收天线均安装在电气列车车厢内部靠近车窗位置，电流探头布置在列车地线处。瞬态场强接收仪的频率范围为5Hz～400kHz，响应时间低于1ns，采用光纤方式与控制计算机相连，其主要针对工频磁场综合强度进行测量，包括瞬态干扰。

优选的，第一路采集信号为通过25Hz～100kHz磁场环天线采集得到的25Hz～100kHz空间电磁干扰信号。第二路采集信号为通过9kHz～30MHz磁场环天线采集得到的9kHz～30MHz空间电磁干扰信号。第三路采集信号为通过30MHz～18GHz接收天线采集得到的30MHz～18GHz电磁干扰信号。第四路采集信号为通过电流探头耦合接收的传导电磁干扰信号。第五路采集信号为通过两个瞬态场强接收仪采集得到的5Hz～400kHz电磁干扰信号。

功率合成器，用于接收信号接收采集设备输出的第一路采集信号和第二路采集信号，对第一路采集信号和第二路采集信号进行功率合成及阻抗匹配，输出功率合成信号，以将第一路采集信号和第二路采集信号经射频电缆低损传输至实时频谱仪。

在本实施例中，25Hz～100kHz磁场环天线和9kHz～30MHz磁场环天线分别通过射频电缆与功率合成器连接。

实时频谱仪，用于接收功率合成器输出的功率合成信号，对功率合成信号进行FFT运算处理，得到运算处理结果，做到不遗漏当前频段内的瞬态干扰信号。

在本实施例中，实时频谱仪的实时带宽大于160MHz，能够同时对25Hz～30MHz的电磁场进行时域、频域扫描。

接收机，用于接收信号接收采集设备输出的第三路采集信号，对第三路采集信号进行检波处理后发送至控制计算机。

在本实施例中，30MHz～18GHz接收天线通过射频电缆与接收机连接，接收机采用最大保持与实时刷新的双重扫描方式，实现对该频段内的电场频谱进行扫描监测；接收机通过网线与控制计算机连接，其扫描数据定时保存在控制计算机内存中。

功率分配器，用于接收信号接收采集设备输出的第四路采集信号，将第四路采集信号平均分配至频谱仪和示波器分别进行采集处理。

在本实施例中，电流探头通过射频电缆与功率分配器连接。

示波器，用于将第四路采集信号的强度按照频率顺序进行采集处理，并将采集处理结果发送至控制计算机。

频谱仪，用于将第四路采集信号的强度按照时间顺序进行采集处理，并将采集处理结果发送至控制计算机。

在本实施例中，通过示波器和频谱仪可获得列车地线处的电流的时域、频域波形，控制计算机通过网线实现对示波器与频谱仪的控制及数据管理。

控制计算机，用于对实时频谱仪、接收机、示波器和频谱仪的输出信号，以及信号接收采集设备输出的第五路采集信号进行记录存储，并进行显示。

存储设备，用于对实时频谱仪接收到的功率合成信号、以及实时频谱仪输出的运算处理结果进行存储，以便控制计算机读取。

在本实施例中，实时频谱仪接收到的功率合成信号以及输出的运算处理结果采用流盘存储技术进行存储。

由上可见，本发明提出的一种电气化铁路电磁环境监测系统，通过合理的系统安装，能够在列车运行过程中同时获取列车内外工频磁场、射频电磁场及地线电流等电磁环境数据，并克服了瞬态干扰对电气化铁路系统产生电磁影响强度的瞬时性以及影响方式的多样性等难以捕捉的问题，实现了对列车行驶过程中瞬态干扰信号的获取，对电气化铁路系统正常运行提供保障。该电气化铁路电磁环境监测系统采用多传感器+多种接收机同时接收采集的方式，相互验证，极大的提高了测试准确度及测试效率，合理利用功率合成器与功率分配器，解决了多传感器的阻抗匹配问题，提高了设备资源利用率。

该电气化铁路电磁环境监测系统至少具有如下特点：

(1)能够在列车静止、加速、减速、正常行驶等运行状态过程中，获取列车所处的电磁环境。

(2)采用瞬态场强测试仪、电流探头、天线等多种传感器方式，获取铁路环境中的工频磁场、射频电磁场及地线电流电磁特征数据。

(3)采用瞬态场强测试仪、天线+实时频谱仪的双重接收模式，实现了对列车运行过程中由于雷电、弓网离线等引起的瞬态干扰信号的精准获取。

(4)采用瞬态场强测试仪与多天线组合接收的方式，同时获得电磁环境中的综合场强及频谱数据。

(5)采用功率合成器的方式进行多天线组合接收，同时获得多个频段扫描数据，解决了多天线间阻抗匹配问题，并且提高了采样设备的资源利用率。

(6)利用射频接收天线采集方式，获取铁路电磁环境的射频电磁场。

(7)利用电流探头采集方式，获取电气化列车地线处的传导电流。

(8)利用功分器对示波器与频谱仪的组合进行采样，同时获取多个频段的时域与频域数据。

(9)采用在列车内外部分别设置测点并布置瞬态场强测试仪的方式，获取同一时刻列车内外部的电磁环境。

(10)采用流盘存储技术，解决了实时频谱捕获数据量大的问题。

(11)采用一台控制计算机对整个系统进行控制，保证各传感器获得的电磁环境数据的时间统一性。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。