C3列控系统车载ATP设备电磁兼容试验情况总结

1、C3列控系统车载ATP电磁兼容试验情况总结北京交通大学电磁兼容实验室2009.3.27受北京铁路信号厂委托，北京交通大学于2009年3月9日到3月22日在北京交通大学电磁兼容实验室对C3列控系统车载ATP进行了电磁兼容试验。本次试验参照铁道部行业标准TB/T3034-2002机车车辆电气设备电磁兼容性试验及其限值（eqv EN50121-3-2）的规定，并根据此前武广线试验段实测的环境电磁骚扰情况，对ATP系统的电磁兼容性能进行了摸底试验，重点关注ATP系统的抗干扰性能。一、 ATP系统配置情况试验时，车载ATP系统由司机控制模拟台、BTM天线、感应线圈、BTM机柜、ATP机柜、车速模拟设备组

2、成，见图1、图2。其中，BTM天线和感应线圈安装在一辆小车上，下方放置一个应答器。为了提高试验的重现性，由北信厂对应答器硬件做了适当调整，令BTM天线每隔3秒读取应答器数据。图1 ATP机柜、司机控制模拟台及车速模拟设备图2 小车（包括车载感应线圈、BTM天线）和应答器ATP系统的外接端口线共有7条，包括： 线：外接110V电源到机柜端子排（系统电源端口）； 线：速度传感器到机柜端子排； 线：BTM到CAU间的电缆； 线：DX的X2到DMI的MVB总线； 线：BTM的X3到机柜端子排； 线：BTM的X1到VDX1的X2的MVB总线； 线：ATP机柜端子排到TCR线。系统端口线的走线框图如图3所

3、示。图3 BTM机柜和ATP机柜二、TB/T3034规定的试验项目、依据标准 结合ATP系统的结构特点，本次试验主要针对该系统的电源端口、信号线端口和机柜端口进行了各项电磁兼容性能测试。相应的试验标准和依据如下：系统电源端口： 线1. 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验，依据GB/T 17626.4-1998,试验等级3级；2. 浪涌（冲击）抗扰度试验，依据GB/T 17626.4-1999，试验等级3级；3. 射频场感应的传导骚扰抗扰度试验，依据GB/T 17626.6-1998，试验等级3级；4. 传导骚扰发射试验，依据GB 9254-1998, 传导骚扰电压应低于A级限值。系统信号线端口：包括

4、线- 线1. 电快速瞬变脉冲群（EFT）抗扰度试验，依据GB/T 17626.4-1998,试验等级4级；2. 射频场感应的传导骚扰抗扰度试验，依据GB/T 17626.6-1998，试验等级3级；系统机柜端口1. 静电放电抗扰度试验，依据GB/T 17626.2-1998,试验等级3级；2. 射频电磁场辐射抗扰度试验，依据GB/T 17626.3-1998，试验等级3级；3. 辐射骚扰发射试验，依据GB 9254-1998,辐射骚扰场强应低于A级限值。三、试验结果在抗扰度试验中，ATP系统如图1-3配置，处于正常工作状态，BTM天线每隔3秒读取应答器数据，并进行模拟加速、减速等工况切换。在骚

5、扰施加过程中，通过观察其各工作状态指示灯显示状态、司机控制模拟台DMI显示的状态信息是否正常来判定ATP系统是否工作正常。1. 静电放电抗扰度试验（机箱机柜端口）放电等级：空气放电±8000V；接触放电±6000V。骚扰信号施加于ATP系统机柜柜体表面、插座、孔、缝等处，在每个试验点处进行直接放电不少于10次，每两次放电间隔1秒。当对TCR主机板的螺钉和缝隙施加直接放电时，ATP系统提示BTM失败，ATPCU失败，ATP系统需要重启才可恢复。在TCR主机板缝隙使用导电簧片填充后，各测试点试验正常。对系统其他设备各测试点试验正常。图4 静电放电抗扰度试验2. 射频电磁场辐射抗

6、扰度试验（机箱机柜端口）射频电磁场频率范围80-1000MHz，调制方式1kHz正弦波，80%调幅度，试验场强10V/m，驻留时间1秒。ATP系统置于暗室内，由天线发射上述电磁场对受试系统进行照射。由于ATP系统模拟条件及实验室测试场地所限，测试过程中应答器和BTM天线放置于电波暗室外。系统在上述电磁场的照射下工作正常。图5 射频电磁场辐射抗扰度试验3. 电快速脉冲群抗扰度试验（电源端口、信号端口）电快速脉冲群重复频率5kHz，持续时间60秒，幅度±2000V。通过抗扰度综合测试仪的耦合去耦网络将骚扰信号施加于ATP系统的电源线，通过电容耦合夹将骚扰信号施加于ATP系统的信号线。系统

7、电源端口：施加幅度±2000V，重复频率5kHz的电快速脉冲群骚扰，ATP系统正常；施加幅度±2000V，重复频率100kHz的电快速脉冲群骚扰，ATP系统正常。系统信号端口：分别在BTM到CAU间的电缆（ 线）、DX的X2到DMI的MVB总线（ 线）、BTM的X3到机柜端子排（ 线）、BTM的X1到VDX1的X2的MVB总线（ 线）、ATP机柜端子排到TCR线（ 线）上施加幅度±2000V，重复频率5kHz的电快速脉冲群骚扰，ATP系统正常；速度传感器线（ 线）在测试过程中的走线方式分两种：首先在一个速度传感器引出两根电缆，通过司机模拟控制台再转接到ATP机柜端

8、子排的情况下，分别对这两根电缆进行测试：如果施加5KHz频率、±2000V的电快速脉冲群，偶尔会出现测速计故障、ATPCU失败等现象；如果施加100KHz频率、±2000V的电快速脉冲群，则一定会出现测速计故障。之后由北信厂更改配线，即在一个速度传感器引出的一根电缆（或两根电缆并排零距离走线）直接连到ATP机柜端子排的情况下，在此电缆上重复上述实验，则ATP系统工作正常。图6 电快速脉冲群抗扰度试验4. 浪涌（冲击）抗扰度试验（电源端口）通过抗扰度综合测试仪的耦合去耦网络将幅度±2000V的骚扰信号施加于ATP系统的电源线。试验次数为3次，延迟时间40秒。ATP系

9、统正常。图7 浪涌（冲击）抗扰度试验5. 射频场感应的传导骚扰抗扰度试验（电源端口、信号端口）骚扰信号分别施加于ATP系统电源线及信号线。通过CDN耦合去耦网络向电源线注入骚扰信号，通过电磁注入钳向信号线注入骚扰信号。系统电源端口：试验频率范围0.15kHz-80MHz，扫描步长为前一频率的1%，驻留时间为1秒，调制信号1000Hz，调幅度80%，骚扰强度为10V。ATP系统正常。系统信号端口：分别在速度传感器线（ 线）、BTM到CAU间的电缆（ 线）、DX的X2到DMI的MVB总线（ 线）、BTM的X3到机柜端子排（ 线）、BTM的X1到VDX1的X2的MVB总线（ 线）、ATP机柜端子排到

10、TCR线（ 线）上施加频率范围0.15kHz-80MHz，扫描步长为前一频率的1%，驻留时间为1秒，调制信号1000Hz，调幅度80%，骚扰强度为10V的骚扰，试验结果见表1。表1 射频场感应的传导骚扰抗扰度试验（信号端口）施加位置骚扰条件设备反应 线强度10V（140dBuV emf）正弦波1kHz80%调幅度恒速状态， 线与 线间距小于0.8m，3-7MHz范围内，BTM通信失败，ATPCU失败，ATP系统须重启恢复正常。恒速状态， 线与 线间距大于0.8m，ATP系统正常。 线恒速状态，2.7-6.5MHz范围内，BTM通信失败，ATPCU失败，STM失败，ATP系统须重启恢复正常*注。

11、 线正常 线正常 线正常 线恒速状态，4.2MHz附近，BTM通信失败，ATPCU失败，ATP系统须重启恢复正常。恒速状态， 线与 线间距2m，3-7MHz范围内，BTM通信失败，ATPCU失败，ATP系统须重启恢复正常。*注：通过进一步测试确定了BTM天信端口在2.7-6.5MHz范围内的敏感度电平，如表2：表2. 敏感度电平测试频率BTM电缆上的共模电流2.7MHz87dBuA2.96MHz95.6dBuA3MHz94dBuA3.7MHz87dBuA3.8MHz82dBuA6.5MHz113dBuA图8射频场感应的传导骚扰抗扰度试验6. 传导骚扰发射试验（电源端口）测量采用线性阻抗稳定网络

12、，测量频率150kHz-30MHz。 A级限值： 频率（MHz）准峰值限值（dBV）平均值限值（dBV）0.150.50MHz79660.5030MHz7360试验时先对受试设备进行峰值测量，对于接近或超出限值线的频率点应进行准峰值的单点测量。试验结果见表1。表3 传导骚扰发射试验测量数据频率（MHz）测试线检波方式测值（dBuV）标准限值（dBuV）0.2512L1/PE准峰值100.7790.4993L1/PE准峰值90.4790.2502L2/PE准峰值94.2790.2502L2/PE平均值96.1660.5004L2/PE准峰值84.2790.5004L2/PE平均值87.360图9

13、 传导骚扰发射试验7. 辐射骚扰发射试验（机箱机柜端口）ATP系统按标准布置。其前端距接收天线中心处的水平距离为3m，接收天线位于1m高度，转台位于0O。在此方向上，自动化测试系统对受试设备辐射骚扰进行峰值测量，对于接近或超出限值线的频率点应进行准峰值的单点测量，此时接收天线从1m-4m垂直移动。测量频率：30 MHz -1000MHz。试验结果见表2。 A级限值频率（MHz）测量距离10m准峰值限值（dBV/m)测量距离换算为3 m 准峰值限值（dB(V/m)30230 405023010004757表4 辐射骚扰发射试验测量数据频率（MHz）极化方向检波方式测值（dBuV/m）标准限值（d

14、BuV/m）108.35水平准峰值55.950189.6467水平准峰值64.250108.3692垂直准峰值6550189.6512垂直准峰值63.850215.9838水平准峰值49.450216.7362垂直准峰值52.150243.8422垂直准峰值61.857图10 辐射骚扰发射试验一、 非标实验针对现场干扰的情况，对BTM至CAU电缆、速度传感器至机柜的信号线作了非标试验。1、 BTM至CAU电缆的非标试验1.1、 宽带骚扰利用信号发生器的脉冲调制产生测试信号模拟宽带骚扰，调制脉冲周期为100uS，脉冲宽度为1uS，经过功率放大器放大后，用电磁注入钳注入到BTM电缆，同时用电流探头

15、和频谱仪监测共模电流，由于功率放大器的增益不足，监测到的最大共模电流为45dBuA，此时设备工作正常。1.2、 窄带骚扰利用信号发生器产生的单频正弦波作窄带骚扰测试信号，经过功率放大器放大后，用电磁注入钳注入到BTM电缆，同时用电流探头和频谱仪监测共模电流，测试发现，在2.96-6.5MHz范围内，设备报“BTM告警”。为了进一步找到设备的敏感电平，使信号发生器从小到大逐步增加，确定了设备在2.96-6.5MHz的敏感电平。敏感门限数据如下表：测试频率信号发生器输出BTM电缆上的共模电流BTM发送板到接收板之间的细缆上的共模电流2.7MHz81dBuV87dBuA67dBuA3.8MHz75d

16、BuV82dBuA62dBuA3MHz89dBuV94dBuA74dBuA6.5MHz113dBuA93dBuA2、 速度传感器至机柜的非标试验用快速瞬变脉冲群作为骚扰信号，用电容耦合夹把骚扰信号耦合到速度传感器电缆上，脉冲幅度为±2000V，重复频率为100kHz，设备报“测速计失败”。经检查发现，速度传感器至机柜有两根电缆，他们同时接到司机模拟控制台，然后再转接到ATP，这与现场使用情况不一致，后更改配线，直接练到ATP，在速度传感器至机柜电缆上重复实验，设备工作正常。四、试验结果分析综合考虑ATP现场的实际工作状态及实验室测试结果，我们发现所测ATP系统中两个单元对电磁骚扰较为

17、敏感：1、BTM的天线端口实验室测试结果表明BTM为ATP系统中对骚扰最敏感的单元，可能影响BTM正常工作的干扰方式为进入BTM到CAU间电缆（即BTM的天线端口）上的共模骚扰电流。测试结果表明在150KHz80MHz频率范围内，BTM天线端口对共模骚扰比较敏感的频率范围为2.9MHz6.5MHz，如在2.96MHz引起BTM故障的共模骚扰电流的最低强度为95.6dBuA，6.5MHz引起BTM故障的共模骚扰电流的最低强度为113dBuA。在3.8MHz该信号端口的敏感度门限最低，对应的共模骚扰电流的强度为82dBuA。2、速度传感器端口在实验室对不同走线情况下ATP速度传感器端口的电快速脉冲群抗扰度水平进行了测试。首先在一个速度传感器引出两根电缆，通过司机模拟控制台再转接到ATP机柜端子排的情况下，分别对这两根电缆进行测试：如果施加5KHz频率、±2000V的电快速脉冲群，偶尔会出现测速计故障、ATPCU失败等现象；如果施加100KHz频率、±2000V的电快速脉冲