轨道交通电磁兼容性中的铁氧体磁环探析

轨道交通作为现代城市交通的骨干系统，其电磁兼容性问题已成为制约行业高质量发展的关键瓶颈。随着列车速度提升、系统复杂度增加以及智能化程度提高，EMC 问题日益凸显，如牵引系统与信号系统冲突、车载设备相互干扰、对民用通信的影响、与航空导航冲突等，这种冲突导致故障率的提高、系统误报率的提高、列车延误现象频发爆出，最终导致运营成本的攀升，亟待系统性解决方案。铁氧体磁环的应用，其以高电阻率、适中的磁导率，以及阻抗特性等优势，可以有效的解决轨道交通中的电磁干扰问题，提升轨道交通运行的可靠性和安全性。因此，本文旨在对轨道交通电磁兼容性中的铁氧体磁环进行深入的分析与探讨。

一、铁氧体磁环的基本概述

铁氧体磁环是一种由金属氧化物，如铁、锰、锌等通过高温烧结制成的磁性材料，具有高磁导率和高电阻率特性，将其套在导线上，可以形成闭合磁路，以引导磁场或抑制电磁干扰。铁氧体磁环具备高磁导率（10^2-10^8 Ω⋅cm ）、高电阻率（μi=100-15000）、耐高温性（最高温度可承受 200% ）、机械强度高（抗冲击、耐磨）等特点，可以增强磁场强度，减少漏磁损耗、降低涡流损耗，尤其适用于 MHz 级信号高频场景和复杂环境。目前，铁氧体磁环被广泛的应用在变压器 / 电感器磁芯，用来提升电能转换效率，常见于电源适配器、逆变器。还应用在电磁干扰（EMI）抑制，滤除电源线、信号线中高频噪声。应用于音频设备，如扬声器磁路，用于改善音质。应用于滤波器元件，通过抑制共模 /差模干扰，保障电路稳定性。

二、轨道交通电磁兼容性常见的问题

本文通过系统内外两个方面来总结常见的轨道交通电磁兼容性问题

（一）系统内干扰问题

轨道交通系统内常见的干扰问题，如牵引系统与信号系统冲突，大功率牵引变流器产生的宽频带电磁干扰 (10kHz-1GHz) 严重影响 CBTC 等信号系统可靠性。车载设备的相互干扰，现在有的列车包含 40 多个子系统，列车密集布线，线缆总长度超过 200km ，电磁环境非常复杂，由于设备供应商的EMC 设计标准不统一，强电设备与弱电设备间的串扰等，经常会引发电磁兼容问题。

（二）系统外干扰问题

轨道交通系统外常见的干扰问题，如地铁运行对民用通信系统产生的电磁干扰问题日益凸显。在 4G/5G 通信方面，地铁列车运行时产生的宽频段电磁辐射会对其沿线约 500 米范围内的移动通信网络造成显著干扰。具体表现为通信基站接收灵敏度下降约 15-20dB，用户终端的上行信号质量恶化，导致网络吞吐量降低，严重影响沿线居民和乘客的移动互联网使用体验。特别是在隧道区段，由于金属屏蔽效应和多径传播的叠加，通信质量恶化更为严重，部分区域甚至会出现通信中断的情况。在航空导航领域，部分高铁线路产生的 27MHz 谐波干扰强度可达 70dBuV/m 以上，远超国际民航组织 (ICAO) 规定的安全阈值。这种干扰会导致甚高频全向信标 (VOR) 和仪表着陆系统 (ILS) 等关键导航设备出现信号畸变、方位指示偏差等异常情况。

三、铁氧体磁环在轨道交通电磁兼容中的应用

（一）抑制电源线噪声

首先，车载电源滤波。在列车牵引变流器、辅助供电系统的输入 / 输出端安装铁氧体磁环，可有效滤除高频共模和差模噪声，提高电源质量。其次，信号线抗干扰。在列车通信网络，如以太网、CAN 总线的线缆上加装磁环，减少信号串扰，提高数据传输稳定性。

（二）抑制受电弓与接触网电弧噪声

在受电弓的供电回路中串联铁氧体磁环可吸收高频电弧噪声，减少对车载无线电设备，如中国复兴号 CR400AF 的改进，改进前电弧噪声在 430MHz 频段干扰列车无线重联系统，而传统 LC 滤波器导致接触力波动超限，改进后应用了复合磁环结构，内层选用了 MnZn 铁氧体抑制 <100MHz 噪声，外层选用了NiZn 铁氧体，吸收了 100-500MHz 高频，中间层选用了 0.1mm 铜屏蔽层，用于防电磁泄漏。改进后，无线通信中断次数、受电弓接触力标准差都得到了显著的改善。

（三）车载电子设备EMI 防护

在车载电子设备，如 ATP 列车自动防护系统、乘客信息系统 PIS 的接口处加装磁环，防止外部电磁干扰导致误动作或数错误。上海地铁 14 号线 ATP 系统抗干扰改造，改造前当列车通过强电磁干扰区时，经常会发生 ATP 接收模块误触发紧急制动的现象。改造时，在 ATP 机柜的接口处进行了防护设计，RS-485 通信接口串联了 FB-0805-601 磁珠阵列，在电源入口处安装了 FT-240-77磁环，还进行了一些特殊的处理，如速度传感器中双绞线每 0.8m 加 FT-50-43的磁环，有效的提高了脉冲的干扰抑制率。无线接受处使用了 SMA 接头内置磁珠滤波器，有效的降低了误码率。改造后，紧急制动误动作归零，ATP 系统MTBF 从 5,000 小时提升至 8,200 小时。

结束语

综上所述，铁氧体磁环在轨道交通电磁兼容，领域具有重要应用价值。通过合理选择和优化设计，可有效解决系统电磁干扰问题，提升轨道交通运行的可靠性和安全性。未来应进一步研究宽频带、高温稳定性更好的新型铁氧体材料，结合人工智能技术，开发自适应的磁环系统，根据实时的电磁环境动态调整滤波参数，解决城市轨道交通电磁兼容问题。

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