軌道車(chē)輛電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)解析及建議

汪星華 郝明遠(yuǎn) 王艷琴 張秋敏

摘要：鐵路行業(yè)的電磁兼容性需求伴隨著車(chē)輛電氣化程度的不斷提高而逐步發(fā)展起來(lái)，而軌道車(chē)輛電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)是車(chē)輛設(shè)計(jì)和管控零部件供應(yīng)商的依據(jù)。文章以最新出版的歐洲標(biāo)準(zhǔn)《鐵路應(yīng)用 電磁兼容性》（EN 50121：2015）為立足點(diǎn)，對(duì)軌道交通領(lǐng)域的電磁兼容性相關(guān)的國(guó)際、國(guó)內(nèi)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了解讀，介紹了電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)整車(chē)和部件的要求。

關(guān)鍵詞：軌道車(chē)輛；電磁兼容性；標(biāo)準(zhǔn)解析；軌道交通；車(chē)輛電氣化；車(chē)輛設(shè)計(jì) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：U26 文章編號(hào)：1009-2374（2016）18-0192-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.096

1 概述

雖然軌道交通行業(yè)的電磁兼容性的研究起步較晚，但隨著鐵路系統(tǒng)電氣化程度越來(lái)越高，電磁兼容性問(wèn)題也越來(lái)越被重視。目前，軌道車(chē)輛業(yè)主客戶(hù)的規(guī)格需求書(shū)中紛紛嚴(yán)格了電磁兼容性要求。而符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是提高車(chē)輛電磁兼容性的基礎(chǔ)。因此，需要我們對(duì)車(chē)輛電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面的了解和分析，并結(jié)合既往的電磁兼容性問(wèn)題完善我國(guó)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系，這將有助于我們對(duì)車(chē)輛設(shè)計(jì)和零部件供應(yīng)商的質(zhì)量控制，減少電磁兼容問(wèn)題的發(fā)生。

2 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)概況

目前，影響力較大的鐵路行業(yè)電磁兼容性國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)主要有EN 50121系列和IEC 62236系列。

IEC 62236初版發(fā)布于2003年，修改采用EN 50121：2000版標(biāo)準(zhǔn)，其結(jié)構(gòu)、內(nèi)容與EN50121基本一致，但在限值方面略有不同，目前的IEC62236最新版本于2008年發(fā)布，該版本修改采用EN 50121的2006版標(biāo)準(zhǔn)。

最初版本的EN 50121系列標(biāo)準(zhǔn)，起始于1996年，由歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（CENELEC）頒布，其后分別于2000年、2006年進(jìn)行修訂，并在2008年發(fā)布1次勘誤。2015年3月CENELEC正式發(fā)布實(shí)施EN 50121：2015代替EN 50121：

2006，并要求最遲于2018年1月5日退出過(guò)渡期，全面實(shí)施。

故目前最新近的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系為EN 50121：2015。EN 50121：2015系列標(biāo)準(zhǔn)由以下部分組成：

《鐵路應(yīng)用 電磁兼容性（第1部分）：總則》（EN 50121-1：2015）

《鐵路應(yīng)用 電磁兼容性（第2部分）：整個(gè)鐵路系統(tǒng)對(duì)外界的電磁輻射》（EN 50121-3-1：2015）

《鐵路應(yīng)用 電磁兼容性（第3-1部分）：列車(chē)與整車(chē)》（EN 50121-3-1：2015）

《鐵路應(yīng)用 電磁兼容性（第3-2部分）：設(shè)備》（EN 50121-3-2：2015）

《鐵路應(yīng)用 電磁兼容性（第4部分）：信號(hào)和電信設(shè)備的電磁輻射和抗擾度》（EN 50121-4：2015）

《鐵路應(yīng)用 電磁兼容性（第5部分）：有固定電源的裝置和儀器的發(fā)射和抗擾度》（EN 50121-5：2015）

其中，標(biāo)準(zhǔn)EN 50121-3-1和EN 50121-3-2適用于車(chē)輛主機(jī)廠及部件供應(yīng)商，包含了對(duì)車(chē)輛整車(chē)和車(chē)載電氣部件設(shè)備的電磁兼容要求，如圖1所示：

2.1 判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

性能判據(jù)A：在試驗(yàn)過(guò)程中和試驗(yàn)后，設(shè)備都能按預(yù)期要求連續(xù)工作即當(dāng)設(shè)備按預(yù)期使用時(shí)，設(shè)備的性能沒(méi)有下降或不低于制造商規(guī)定的性能等級(jí)。如果制造商沒(méi)有規(guī)定最低性能等級(jí)或允許的性能降低，可根據(jù)產(chǎn)品的說(shuō)明和文件或用戶(hù)要求確定最低性能等級(jí)或允許的性能降低。

性能判據(jù)B：測(cè)試期間，允許性能下降，但不允許運(yùn)行狀態(tài)或存儲(chǔ)數(shù)據(jù)發(fā)生變化。如果制造商沒(méi)有規(guī)定最低性能等級(jí)或允許的性能降低，可根據(jù)產(chǎn)品的說(shuō)明和文件或用戶(hù)要求確定最低性能等級(jí)或允許的性能降低；試驗(yàn)完成后，設(shè)備應(yīng)能夠按預(yù)期要求自行恢復(fù)連續(xù)工作。

性能判據(jù)C：測(cè)試期間，出現(xiàn)暫時(shí)性的功能喪失但可自行恢復(fù)或操作控制器完成恢復(fù)。

2.2 整車(chē)電磁兼容要求

EN 50121-3-1正文中規(guī)定了整車(chē)輻射發(fā)射限值及測(cè)試要求，并在資料性附錄A中規(guī)定了針對(duì)電話電信系統(tǒng)的傳導(dǎo)測(cè)試要求。

2.2.1 輻射發(fā)射。整車(chē)輻射發(fā)射測(cè)試目的是為了確保軌道附近其他電氣電子設(shè)備不受機(jī)車(chē)車(chē)輛運(yùn)行的干擾。測(cè)試頻率范圍為9kHz～1GHz。其中，9kHz～30MHz測(cè)試使用磁場(chǎng)天線進(jìn)行測(cè)量，30MHz～1GHz使用電場(chǎng)天線進(jìn)行測(cè)量。由于在9～150kHz范圍內(nèi)容易受干擾的設(shè)備較少，并且9～150kHz場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試的復(fù)現(xiàn)性較差，因此在EN 50121：2015中對(duì)此頻段已不作為強(qiáng)制要求，僅作為附錄內(nèi)容參考使用。整車(chē)對(duì)外輻射發(fā)射限值要求見(jiàn)圖2和圖3：

2.2.2 傳導(dǎo)測(cè)試。EN 50121-3-1中要求的整車(chē)傳導(dǎo)測(cè)試項(xiàng)目主要是指附錄A中涉及的通信類(lèi)噪聲電流測(cè)試。噪聲電流是一種等效的干擾電流，表示電源主回路內(nèi)的電流音頻段的頻譜對(duì)電話線路的有效干擾。其通過(guò)下列等式進(jìn)行定義：

式中：為接觸網(wǎng)電流頻率為f時(shí)的電流分量；Pf為噪聲電流加權(quán)因子；為800Hz加權(quán)因子。

Pf值可在ITU-T指令“保護(hù)通信線纜不受電源與電氣化鐵路線有害影響”中獲得。

具體限值一般須鐵路業(yè)主和電信線路提供商提出，例如，地鐵車(chē)輛業(yè)主一般要求在正常工作模式下，最大噪聲電流不得大于：在20秒內(nèi)平均10A；在4秒內(nèi)平均12.2A；瞬時(shí)值13A。

2.3 部件級(jí)電磁兼容要求

EN 50121-3-2：2015規(guī)定了鐵道車(chē)輛上的部件設(shè)備的EMC干擾發(fā)射和抗擾性要求。規(guī)定干擾發(fā)射的目的是為了確保在機(jī)車(chē)車(chē)輛上正常運(yùn)行的設(shè)備產(chǎn)生的騷擾不會(huì)影響其他設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行；抗擾性要求是為了確保機(jī)車(chē)車(chē)輛部件設(shè)備有足夠的抗干擾性能，以抵御外界的干擾影響。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)所考察的所有類(lèi)別端口均規(guī)定了試驗(yàn)要求。

2.3.1 發(fā)射試驗(yàn)和限值。干擾發(fā)射是能量以電磁波的形式在空間或線纜中傳播，通過(guò)空間耦合或線纜耦合的方式來(lái)干擾周邊的設(shè)備。由零部件內(nèi)部非線性電路產(chǎn)生的發(fā)射干擾，通過(guò)殼體、設(shè)備線纜等途徑對(duì)外發(fā)射。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，3G、4G、WiFi技術(shù)設(shè)備的普及，車(chē)輛部件中也開(kāi)始運(yùn)用更高頻率的通信技術(shù)。因此，高頻段1～6GHz的發(fā)射干擾也日益增多，新版本標(biāo)準(zhǔn)中增加了對(duì)更高頻段的要求，可根據(jù)內(nèi)部設(shè)備可能的最大頻率進(jìn)行試驗(yàn)。發(fā)射試驗(yàn)及其端口發(fā)射性能要求見(jiàn)表2：

2.3.2 抗擾性試驗(yàn)和限值。EN 50121-3-2：2015規(guī)定了鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛設(shè)備抗擾性試驗(yàn)，包括靜電放電抗擾性、傳導(dǎo)抗擾性、電快速瞬變脈沖群抗擾性、浪涌抗擾性、輻射抗擾性，常見(jiàn)設(shè)備及其端口抗擾性性能判據(jù)選定，見(jiàn)

表3：

3 我國(guó)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀以及改進(jìn)建議

3.1 我國(guó)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系有GB/T 24338：2009和TB/T 3034：2002。國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)一般為國(guó)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化或者修改，例如國(guó)標(biāo)GB/T 24338：2009，為IEC 62236：2003標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)化；行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 3034：2002，是EN 50121：2000系列標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)化。目前IEC 62236最新版本為2008版，而EN 50121已經(jīng)更新至2015版，相對(duì)滯后于國(guó)際最新標(biāo)準(zhǔn)，迫切需要在借鑒的基礎(chǔ)上對(duì)我國(guó)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系加以完善和更新。

3.2 改進(jìn)建議

近年來(lái)，中國(guó)的鐵路建設(shè)水平發(fā)展迅猛，在國(guó)際市場(chǎng)上已具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力，與之相對(duì)應(yīng)的，我國(guó)的電磁兼容管理水平和風(fēng)險(xiǎn)控制能力也需要有相應(yīng)的提高。在測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)限值要求上借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，但也不能一味的照搬國(guó)外的方法?？稍诮梃b歐洲標(biāo)準(zhǔn)《軌道車(chē)輛 電磁兼容性》（EN 50121：2015）的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際車(chē)輛運(yùn)營(yíng)電磁環(huán)境和現(xiàn)實(shí)中的電磁兼容問(wèn)題，制定更加符合國(guó)內(nèi)鐵路行業(yè)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系。例如，針對(duì)常見(jiàn)的乘客手機(jī)設(shè)備需要穩(wěn)定的充電電源的問(wèn)題，EN 50121：2015中增加了公共交流電源輸出端口總諧波失真TDH<8%的要求，可以考慮借鑒；同時(shí)直流供電端口可考慮要求加入EN 50155中電壓跌落中斷瞬變的測(cè)試的要求；再者考慮到實(shí)際車(chē)輛電磁環(huán)境的復(fù)雜性，可以提高設(shè)備測(cè)試嚴(yán)酷等級(jí)，例如對(duì)于部分設(shè)備靜電放電試驗(yàn)可將空氣放電電壓提高至±12kV或15kV，接觸放電電壓提高至±8kV或10kV作為備選的測(cè)試等級(jí)。

參考文獻(xiàn)

[1] 鐵路應(yīng)用 電磁兼容性（第1部分）：總則（EN 50121-1：2015）[S].

[2] 鐵路應(yīng)用 電磁兼容性（第2部分）：整個(gè)鐵路系統(tǒng)對(duì)外界的電磁輻射（EN 50121-2：2015）[S].

[3] 鐵路應(yīng)用 電磁兼容性（第3-1部分）：列車(chē)與整車(chē)（EN 50121-3-1：2015）[S].

作者簡(jiǎn)介：汪星華（1987-），女，河北唐山人，中車(chē)唐山機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司工程師，研究方向：電磁兼容技術(shù)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）