地鐵車輛單元間高低壓電纜交叉設(shè)計(jì)

胡小艷

(中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司動車設(shè)計(jì)部 江蘇 南京 210031)

地鐵車輛是一種靠電力驅(qū)動的交通工具，車上敷設(shè)有不同電壓等級的電纜，電壓低的為24 V，高的能達(dá)到1 500 V。高低壓電纜一起敷設(shè)時，會產(chǎn)生電磁干擾，必須保持一定的距離或者采取相應(yīng)的屏蔽措施。

地鐵車輛的編組形式多樣，常見的有四編組、五編組、六編組列車。以四編組列車為例：圖1中A1、B1和A2、B2分別組成一個單元。地鐵車輛為了實(shí)現(xiàn)雙向行駛的功能，一個單元與另一個單元的設(shè)備及布線幾乎相同，相當(dāng)于一個單元旋轉(zhuǎn)180°之后得到另一個單元。這種編組形式導(dǎo)致高低壓電纜必然交叉，同時也決定了高低壓電纜交叉設(shè)計(jì)在單元連接處最合適，也最簡單。

圖1 高低壓電纜路徑示意

1 現(xiàn)有方案介紹

地鐵車輛的高低壓電纜交叉區(qū)域設(shè)置在中間車輛底架的二位端，為了實(shí)現(xiàn)電纜的分?jǐn)嗉熬S護(hù)檢修，端部都會設(shè)置分線結(jié)構(gòu)，通常為分線箱。根據(jù)設(shè)備布置，單元間高低壓電纜的交叉方案有3種：箱前交叉、箱間交叉、箱后交叉。

(1)方案1：箱前交叉。特點(diǎn)：在進(jìn)入分線箱之前實(shí)現(xiàn)單元間高低壓電纜的交叉。方案相對比較復(fù)雜，不僅涉及到單元與單元間連接的高、低壓電纜的交叉，還存在底架引上到客室的高、低壓電纜的交叉。其設(shè)備布置如圖2所示。

圖2 箱前交叉設(shè)備布置圖

(2)方案2：箱間交叉。特點(diǎn)：在進(jìn)入分線箱之后，出分線箱之前實(shí)現(xiàn)單元間高低壓電纜的交叉。方案相對比較簡單，易于操作。其設(shè)備布置如圖3所示。

圖3 箱間交叉設(shè)備布置圖

(3)方案3：箱后交叉。特點(diǎn)：在出分線箱之后實(shí)現(xiàn)單元間高低壓電纜的交叉。此方案一般需要在車鉤上增加交叉結(jié)構(gòu)，通常為支架或者是分線盒。其設(shè)備布置如圖4所示。

圖4 箱后交叉設(shè)備布置圖

3種單元間電纜交叉方案都有1個關(guān)鍵的問題需要解決，那就是如何在高、低壓電纜交叉的情況下，避免電磁干擾的影響。如果高、低壓電纜沒有真正分開或者采取隔離措施，很容易導(dǎo)致信號傳輸不穩(wěn)定和錯誤，甚至造成事故。

2 新方案設(shè)計(jì)

采用箱間交叉的方案，將高、低壓電纜真正隔離，并將其敷設(shè)在封閉的槽體結(jié)構(gòu)內(nèi)部，可以起到保護(hù)電量的作用，這種方案的優(yōu)點(diǎn)如下：

(1) 將高低壓電纜隔開，避免電磁干擾的影響；

(2) 省去電纜保護(hù)軟管的使用，一定程度上降低成本；

(3) 將電纜完全罩起來，視覺上達(dá)到整潔美觀的效果。

底架二位端設(shè)備較多，通常有車鉤及其安裝梁、車端分線結(jié)構(gòu)及制動管路等，空間有限。綜合考慮設(shè)備布局，采用將槽體與端部分線箱集成的方案，可以充分利用原有的空間，實(shí)現(xiàn)空間優(yōu)化。效果如圖5所示。

圖5 整體結(jié)構(gòu)效果示意

具體的槽體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要綜合考慮以下幾點(diǎn)：電纜實(shí)際所需的空間、電磁兼容、電纜的敷設(shè)及散熱、電纜的固定結(jié)構(gòu)、槽體的固定結(jié)構(gòu)、槽體的結(jié)構(gòu)可靠性及可維護(hù)性。下面以某實(shí)際項(xiàng)目為例，進(jìn)行闡述。

(1) 電纜實(shí)際所需的空間

首先根據(jù)布線清單，分別篩選出單元間高低壓交叉電纜的型號和數(shù)量。然后，根據(jù)電纜的外徑大小，利用AutoCAD軟件模擬出電纜所需的空間大小。高壓和中壓電纜所占空間如圖6所示，低壓電纜所占空間如圖7所示。

根據(jù)該項(xiàng)目的實(shí)際情況，此槽體截面最大可以做到200 mm×130 mm，空間很充裕。

圖6 高壓和中壓電纜所占空間大小 圖7 低壓電纜所占空間大小

(2) 電磁兼容影響

由于受到空間限制，無法將高低壓電纜保持一定的間距布置。因此采用標(biāo)準(zhǔn)TB/T 3153—2007中的金屬隔板方案，避免電磁兼容的影響。槽體分成兩部分，一個隔間布置高壓和中壓電纜，一個隔間布置低壓電纜。隔板高度小于槽體的寬度130 mm，避免與活動面板安裝緊固件干涉(見圖8)。

圖8 槽體結(jié)構(gòu)截面圖

(3) 電纜的敷設(shè)和散熱空間

槽體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為1個方形結(jié)構(gòu)。高低壓電纜的敷設(shè)空間均設(shè)計(jì)為117 mm×98.5 mm，滿足TB/T 3153—2007標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電纜更換及整修空間，即電纜實(shí)際所占空間與槽體最大可能敷設(shè)電纜的空間之比小于等于60%。考慮到低壓電纜后期加線的可能性較大，故其空間預(yù)留稍大。

(4) 電纜的固定

電纜水平地敷設(shè)在槽體內(nèi)部，采用扎線板固定電纜。扎線板間隔200 mm布置，其上設(shè)置扎線孔，采用扎帶對電纜進(jìn)行固定保護(hù)。扎線板距離槽體表面13 mm，保證扎帶能夠順利穿過。

(5) 槽體的固定

槽體與分線箱接口處采用焊接方式連接。為了使結(jié)構(gòu)更加安全可靠，將連接處設(shè)計(jì)為特殊的凸臺結(jié)構(gòu)，以增加槽體的機(jī)械強(qiáng)度。并且，槽體伸進(jìn)分線箱內(nèi)部10 mm，方便槽體與分線箱的焊接，同時保證焊接的可靠性。槽體總長度為993 mm，因此槽體與車體間設(shè)計(jì)有單獨(dú)的安裝結(jié)構(gòu)，保證整體結(jié)構(gòu)的安全可靠。

(6) 電纜的維護(hù)

為了便于線束的敷設(shè)和后期維護(hù)，槽體結(jié)構(gòu)的其中一面設(shè)計(jì)為活動面板結(jié)構(gòu)，方便電纜的固定和拆卸(見圖9)。為了實(shí)現(xiàn)槽體的密封，在活動面板與槽體之間設(shè)計(jì)有橡膠墊，并且將活動面板設(shè)置在朝向地面的一側(cè)，防止水和灰塵的進(jìn)入。

圖9 槽體結(jié)構(gòu)軸側(cè)視圖

(7) 材料的選擇及防腐

槽體材質(zhì)選擇密度較小的鋁合金，在減輕重量的同時保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。槽體表面進(jìn)行噴漆處理，一方面避免室外環(huán)境對槽體的腐蝕，另一方面提高美觀性。

此槽體結(jié)構(gòu)由扎線板、隔板、槽體及其與車體間的安裝座組成，通過焊接的方式組合為一體。圖10為槽體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場照片，整體整潔、美觀。

圖10 槽體結(jié)構(gòu)現(xiàn)場照片

3 結(jié)論

采用箱間交叉的方案，成功設(shè)計(jì)了一種新的結(jié)構(gòu)。這種新結(jié)構(gòu)不僅實(shí)現(xiàn)了單元間高低壓電纜的交叉，而且成功解決了以往項(xiàng)目存在的電磁干擾的問題。同時，由于電纜處于封閉的槽體中，不會受到車外大氣的腐蝕和物體的撞擊。新結(jié)構(gòu)與原有的分線箱集成為一體，省去了電纜密封接頭和保護(hù)軟管的使用，節(jié)約了選型時間 ，降低了材料成本。這種新結(jié)構(gòu)的各組成部分采用焊接方式連接，不可避免地會出現(xiàn)焊接變形，因此對焊接工藝要求較高。

此設(shè)計(jì)方案已經(jīng)成功運(yùn)用在寧天城際項(xiàng)目中。自2014年投入運(yùn)營以來，無任何不良反饋，證明了該設(shè)計(jì)方案的安全可靠，可為今后地鐵車輛的設(shè)計(jì)提供重要參考?！?/p>