中白2型機(jī)車電磁兼容設(shè)計(jì)

孫鳳霞

（中車大同電力機(jī)車有限公司技術(shù)中心，山西大同037038）

引言

中白2型機(jī)車是大同公司自主設(shè)計(jì)、并根據(jù)白俄羅斯鐵路運(yùn)行要求量身打造的高端智能機(jī)車，是繼中白1型機(jī)車后為白俄設(shè)計(jì)生產(chǎn)的第2代產(chǎn)品。出口白俄機(jī)車的運(yùn)行線路、信號電臺設(shè)備及考核標(biāo)準(zhǔn)等均對機(jī)車的電磁兼容性提出較高要求。

電磁兼容問題一旦發(fā)生，處理、分析、改造起來相當(dāng)困難。近幾年，軌道交通行業(yè)各專家、學(xué)者通過深入研究，發(fā)表了大量關(guān)于電磁兼容的論文、專著，本文以中白2型機(jī)車為例，具體論述電磁兼容的管理性、預(yù)防性設(shè)計(jì)。

1 電磁兼容機(jī)理及措施

電磁兼容一般是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾能力，即要求在同一電磁環(huán)境中的電氣及電子設(shè)備都能正常工作又互不干擾，達(dá)到“兼容”狀態(tài)。

電磁兼容是為解決電磁干擾的問題，產(chǎn)生電磁干擾的三要素及其關(guān)系如圖1所示。

圖1 電磁干擾三要素及關(guān)系模型

從電磁干擾的關(guān)系模型可知，電磁干擾的三要素：干擾源、耦合路徑、敏感設(shè)備，三要素缺一不可，少一個就不會產(chǎn)生電磁干擾，所以要解決電磁干擾問題就要從這三個要素著手，只要消除電磁干擾三要素中的任何一個要素就可實(shí)現(xiàn)電磁兼容。對干擾源、敏感設(shè)備常用措施為屏蔽、濾波、接地。對耦合路徑采用縮短電纜長度、分離布置等措施[1]。

2 電磁兼容設(shè)計(jì)

根據(jù)電磁兼容設(shè)計(jì)的基本原則和中白2型機(jī)車的使用要求，為確保各電器設(shè)備可靠的工作，達(dá)到電磁兼容要求，在設(shè)計(jì)階段對機(jī)車的電磁兼容進(jìn)行了整體規(guī)劃、統(tǒng)籌安排，重點(diǎn)從機(jī)車各個設(shè)計(jì)模塊出發(fā)，展開電磁兼容的管理性、預(yù)防性設(shè)計(jì)。

2.1 總體布置

實(shí)現(xiàn)電磁兼容，合理的總體設(shè)備布置十分重要，良好的設(shè)備布置不僅可以減少強(qiáng)、弱電設(shè)備的互相干擾，而且可以減少干擾源布線電纜長度，減少外發(fā)射干擾。設(shè)備布置見圖2。

圖2 中白2型機(jī)車設(shè)備布置

中白2型機(jī)車是六軸雙司機(jī)室電力機(jī)車，從圖2可知，主變流柜安裝在牽引變壓器正上方，兩者之間連接電纜盡可能的短，降低了高壓電纜的干擾源長度；安全設(shè)備柜、微機(jī)柜、充電機(jī)柜及低壓電器柜等各電器屏柜分離布置，且屏柜之間通信電纜比較密集的屏柜，采用集中布置方式，既降低了高低壓設(shè)備間的互相干擾，又縮短了干擾長度，提高了電磁兼容性[2]。

2.2 電氣原理設(shè)計(jì)

電氣原理設(shè)計(jì)充分考慮接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)，接地方式屬于對電磁干擾“疏導(dǎo)”的方法，也是最有效和最直接的提高電磁兼容的方法。

2.2.1 整車接地框架

整車接地框架為：各電器屏柜骨架、變壓器外殼、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架均通過軟編織線同車體可靠連接，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架再通過軟編織線同軸端接地裝置可靠連接，提供電荷泄放回路，起到保護(hù)接地作用；變壓器回流通過車體上安裝匯流排，由6根回流線將電流回流到軸端接地裝置，實(shí)現(xiàn)機(jī)車的工作接地。為防止整車的工作電流通過車體，造成局部環(huán)流，匯流排采用同車體絕緣的安裝方式。此接地框架能夠保證車體、構(gòu)架、屏柜骨架同大地等電勢，實(shí)現(xiàn)保護(hù)接地和工作接地功能，起到提升電磁兼容作用。接地框架示意見圖3。

圖3 接地框架示意

2.2.2 大功率電機(jī)接地設(shè)置

大功率的電機(jī)磁場除用作能量轉(zhuǎn)換外，磁場本身作為電磁發(fā)射源對外輻射電磁干擾，為降低其產(chǎn)生的電磁干擾，對電機(jī)接地上做特殊處理。具體為：電機(jī)設(shè)置3個接地點(diǎn)，1個設(shè)在電機(jī)機(jī)身上，通過電機(jī)自身安裝的接地電阻后再與構(gòu)架上接地座連接，增加車體阻抗，有效抑制牽引電流在車體回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流。另外兩個設(shè)在電機(jī)接線盒內(nèi)，通過兩根接地線與電機(jī)電源線平行布置，并與主變流柜內(nèi)電容相連，電容另一端連接到變流柜骨架，通過接地線回流的連接方式來改善電磁干擾，接地示意見圖4。

圖4 牽引電機(jī)接地示意

2.3 電器屏柜

各電器屏柜設(shè)計(jì)充分考慮屏蔽、濾波、接地，遵循如下設(shè)計(jì)原則：

1）電器屏柜骨架采用封閉的金屬骨架，同車體可靠接地，各安裝設(shè)備同骨架可靠連接，使屏柜構(gòu)成一個大的屏蔽體；

2）根據(jù)設(shè)備電壓等級或功能，將部件分裝在不同的屏柜內(nèi)，屏柜內(nèi)部設(shè)備亦根據(jù)電壓等級、功能分塊，合理布局；

3）屏柜布線，高低壓電纜分路徑走線，避免互相干擾。高壓電纜在柜體下部出線，采用端子排對外連接。低壓電纜在柜體頂部出線，采用連接器對外連接，信號電纜采用專用金屬連接器，做好屏蔽處理。

4）大量采用濾波技術(shù)，有效抑制電路內(nèi)部的傳導(dǎo)干擾，抑制諧波電流[3]。

2.4 整車布線

整車布線采用成熟的HXD2機(jī)車布線技術(shù)平臺，所有電纜均先按電磁兼容要求分類，高壓電纜布置在中央地板下線槽，低壓電纜布置在高處布線線槽，不同電壓等級的電纜在線槽中按規(guī)定距離分離布置，嚴(yán)格按照布線標(biāo)準(zhǔn)要求布線，并對布線線槽進(jìn)行特殊的安裝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最大限度地提高電磁兼容性。布線線槽具體設(shè)計(jì)如下：

1）高、低壓布線線槽均緊靠車體布置，最大限度地利用從金屬表面反射的反向電場，消除電纜產(chǎn)生的電場。

2）低壓線槽采用并排的兩個線槽，將控制電纜同信號電纜分離，線槽間由鋁板相連，每兩個線槽之間通過軟編織線連接，靠側(cè)墻的每個線槽又與側(cè)墻接地座可靠連接，線槽見圖5所示。高壓線槽每兩個線槽接縫處通過折彎、開槽的方式，保證兩個線槽的可靠接觸，每個線槽與底架可靠連接，線槽上蓋上鐵地板，線槽見圖6所示。線槽的這種設(shè)計(jì)方式，保證高低壓線槽各自構(gòu)成整體的多點(diǎn)接地的屏蔽體。

圖5 低壓布線線槽

圖6 高壓布線線槽

為取得良好的電磁屏蔽效果，采用大量措施、方法，對電纜進(jìn)行屏蔽防護(hù)、接地處理，并編制的文件、規(guī)范，加強(qiáng)對屏蔽、接地防護(hù)處理的工藝要求。

3 結(jié)語

電磁兼容重在設(shè)計(jì)，規(guī)范的工藝操作是電磁兼容實(shí)現(xiàn)的手段。中白2型機(jī)車電磁兼容實(shí)行管理性、預(yù)防性設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌考慮各個模塊的電磁兼容性的實(shí)現(xiàn)，制定并實(shí)施相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，通過廠內(nèi)測試及在白俄線路運(yùn)行考核，未出現(xiàn)因電磁兼容問題導(dǎo)致的信號丟失或異?，F(xiàn)象，證明整車布局合理，電磁兼容效果良好。

[1]白同云，呂曉德.電磁兼容設(shè)計(jì)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2001.

[2]王益民，于定華，蔡萬銀.大功率交流傳動電力機(jī)車電磁兼容的研究[J].機(jī)車電傳動，2011，10（1）：62-65.

[3]李華祥.電磁兼容在電力機(jī)車布線中的設(shè)計(jì)[J].鐵道機(jī)車車輛，2008，28（1）：9-11.