復(fù)雜電磁環(huán)境下軌道交通車輛整車抗電磁干擾設(shè)計

齊萬明，陳小琳，穆曉彤*

（1.浙江幸福軌道交通運營管理有限公司，浙江 溫州 325000；2.北京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院，北京 100191）

軌道交通已經(jīng)成為人們出行的主要方式之一。根據(jù)2020 年12 月國新辦發(fā)布的《中國交通的可持續(xù)發(fā)展》[1]白皮書表明，到2020 年末，全國鐵路營運里程將達(dá)到14.6 萬 km，其中高速鐵路3.8 萬 km，有40 個城市開通運營城市軌道交通線路，里程總計達(dá)到6 172.2 km。軌道交通中，小到一個車載設(shè)備或乘客攜帶的電子設(shè)備，大到一個復(fù)雜的子系統(tǒng)（如車輛、供電和信號系統(tǒng)），對內(nèi)對外都存在EMC(電磁兼容)問題。為了保證軌道交通的安全，處理好軌道交通的EMC 問題，保證車上的各種電氣設(shè)備都能正常工作、互不干擾顯得尤為重要。

EMC 是指在電磁環(huán)境中某種設(shè)備或系統(tǒng)都能正常運行，并且不對其他設(shè)備產(chǎn)生無法容忍的電磁干擾的能力。它包括兩方面的要求：1）該設(shè)備或系統(tǒng)在正常運行過程中產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值，即電磁干擾度；2）該設(shè)備或系統(tǒng)對電磁環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定的抵抗能力，即電磁抗擾度。

在軌道交通車輛運行環(huán)境中，列車的各種電氣設(shè)備、無線發(fā)射站等多種無線電磁干擾源以及顯示器、開關(guān)電源等各種車載機電設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾會惡化軌道交通車輛內(nèi)的電磁環(huán)境，進(jìn)而導(dǎo)致列車的誤動作、通訊網(wǎng)絡(luò)頻繁出現(xiàn)故障、網(wǎng)絡(luò)降級運行、電子元器件損壞等問題。為了使軌道交通車輛的電磁兼容設(shè)計符合要求，需要每個車載機電設(shè)備的電磁干擾度符合要求，即其產(chǎn)生的電磁干擾在一定限度內(nèi)，同時又具有一定的抗電磁干擾能力。只有從這兩方面同時對車載機電設(shè)備進(jìn)行約束，才能使軌道交通車輛的電磁兼容設(shè)計滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

針對上述問題，文獻(xiàn)[2]針對城軌車輛不同的干擾因素、干擾源傳播途徑對EMC 設(shè)計中的電磁屏蔽及接地進(jìn)行了研究，并給出了電路分析模型和應(yīng)用實例。文獻(xiàn)[3]對列車中可能存在的干擾、列車電磁兼容性設(shè)計（包括電磁干擾度和電磁抗擾度）進(jìn)行了分析，提出了列車電磁兼容設(shè)計措施，并通過試驗驗證了有效性。文獻(xiàn)[4]通過分析影響城市軌道交通司機室電氣柜電磁兼容性能的因素，給出了相應(yīng)的對應(yīng)策略，為司機室電氣柜設(shè)置了4 條走線路徑并將其內(nèi)區(qū)域進(jìn)行劃分，采用雙層結(jié)構(gòu)，使同等級敏感度的敏感設(shè)備盡量集中分布，最后通過試驗驗證其合理性和有效性。文獻(xiàn)[5]從技術(shù)發(fā)展模式和核心技術(shù)特點出發(fā)，探討了我國高鐵的電磁兼容和電磁安全問題，并結(jié)合我國高鐵電磁環(huán)境特點，對高鐵抗電磁干擾、強電磁場電磁防護(hù)和整個大系統(tǒng)輻射發(fā)射測試方法的研究提出了建議，包括選擇符合車輛輻射排放計量標(biāo)準(zhǔn)的開放式試驗場等。文獻(xiàn)[6]將城市軌道交通車輛天線以車體地板為分界線分為兩組，提出了覆蓋天線端口的車載天線電磁兼容性的評價方法，彌補了基于EN 50121 標(biāo)準(zhǔn)[7]的測試方法在不覆蓋天線端口情況下直接評價車輛電磁兼容性的不足。文獻(xiàn)[8]提出了基于子系統(tǒng)特性的軌道交通車輛電磁兼容仿真建模方法。根據(jù)車身、電子設(shè)備和電纜的電、電磁特性，建立了表面網(wǎng)格模型、等效電路模型和傳輸線模型，并使用CAD 對軌道交通車輛的電磁兼容進(jìn)行多級仿真，包括車身屏蔽效應(yīng)、車內(nèi)磁場分布、電磁干擾發(fā)射等，從而實現(xiàn)了高精度的軌道交通EMC 仿真，為其EMC 設(shè)計和改進(jìn)提供了指導(dǎo)。文獻(xiàn)[9]以某型牽引變流器為例，分析總結(jié)了牽引變流器的潛在干擾源、敏感信號和干擾耦合路徑等EMC 要素，在此基礎(chǔ)上介紹了基于EN50121標(biāo)準(zhǔn)[7]的所有必要EMC 測試項目的測試方案，包括輻射發(fā)射試驗、傳導(dǎo)發(fā)射試驗、射頻共模傳導(dǎo)抗擾試驗、快速瞬變傳導(dǎo)抗擾試驗、浪涌抗擾試驗、射頻輻射抗擾試驗以及靜電放電試驗等8 個方面的試驗方案。

本文首先分析了軌道交通車輛的電磁干擾問題，然后就軌道交通車輛EMC 的電磁抗擾度（即抗電磁干擾能力），從導(dǎo)體的接地、濾波、屏蔽、布線、電子元器件選擇等5 個方面分析了其抗電磁干擾設(shè)計方法，并從系統(tǒng)級和整車兩個維度出發(fā)，針對具體設(shè)備、組件以及整車提出了具體抗電磁干擾設(shè)計方法。

1 軌道交通車輛的電磁干擾問題分析

如圖1 所示，為了解決軌道交通車輛的電磁兼容問題，軌道交通車輛需要滿足以下兩種特性：1）軌道交通車輛正常運行過程中對外輻射不能超標(biāo)，即電磁干擾度；2）軌道交通車輛在正常運行過程中，要對所處環(huán)境中的電磁干擾具有一定的抗干擾能力，即電磁抗擾度。也就是說，軌道交通的電磁干擾問題包括電磁干擾（由電磁干擾源產(chǎn)生）和抗電磁干擾（通過耦合途徑對敏感設(shè)備呈現(xiàn)干擾特性）兩個方面。其中，對于本文所探究的抗電磁干擾問題有兩個解決途徑，一是切斷電磁干擾傳播途徑，二是提高受影響設(shè)備的抗干擾能力。

圖1 軌道交通車輛的EMC 問題及解決思路

完全不受電磁干擾是不可能的，但是可以從設(shè)備設(shè)計、生產(chǎn)、安裝、調(diào)試全過程入手，在設(shè)備的接地、濾波、屏蔽、布線、電子元器件選擇等5 個方面進(jìn)行抗電磁干擾設(shè)計，使得軌道交通車輛具有滿足EMC 要求的電磁抗擾度。

同時，解決軌道交通車輛的EMC 問題，還可以從系統(tǒng)級和整車級兩個維度出發(fā)，由小及大，在不削弱車輛運行性能的情況下，對系統(tǒng)和整車級兩個維度同時進(jìn)行EMC 設(shè)計，確保電磁干擾得到控制，且全部車載電氣和電子設(shè)備符合任何EMC 標(biāo)準(zhǔn)。

2 軌道交通車輛的抗電磁干擾設(shè)計方法

軌道交通車輛的抗電磁干擾設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)考慮到車輛的內(nèi)部環(huán)境和鐵路的外部環(huán)境，不僅要解決單個電子設(shè)備的抗電磁干擾問題，還應(yīng)充分考慮電子設(shè)備間的抗電磁干擾問題。根據(jù)圖1 所示的抗電磁干擾問題分析，應(yīng)從接地、屏蔽、電路濾波、電纜布線及電子元器件選擇5 個角度進(jìn)行綜合設(shè)計。針對車輛運營環(huán)境及不同車輛系統(tǒng)設(shè)備的電磁兼容特性，采取不同抗電磁干擾設(shè)計方法來提高整車的電磁抗擾度。

2.1 接地設(shè)計

軌道車輛作為一個與地面有相對運動的系統(tǒng)，為了更好地實現(xiàn)電流回路，在正常運營環(huán)境下，牽引系統(tǒng)應(yīng)以合適的方式接地。車體可同時用于安全接地、等電位接地和屏蔽接地，但回流接地不同于車輛上的安全接地。因此，需要將車體看作一個單元，其獨立的梁、墻等導(dǎo)電部件以低阻抗、低感抗方式進(jìn)行導(dǎo)電連接，以保證盡可能大的表面面積和盡可能多的點連接。

如圖2 所示，接地設(shè)計方法可以進(jìn)一步細(xì)化為保護(hù)接地、工作接地和屏蔽接地。其中，工作接地是指為了電路或設(shè)備達(dá)到運行要求的接地，如變壓器低壓中性點的接地。

圖2 接地設(shè)計方法

對于保護(hù)接地，其設(shè)計方法包括：使用銅或不銹鋼材質(zhì)的接地固件；確保保護(hù)接地線和接地點連接牢固，且通過面接觸導(dǎo)電；同時，若接觸面為鋼材質(zhì)，應(yīng)保證使用導(dǎo)電保護(hù)層，并做防銹、防腐處理；保護(hù)接地回路無開關(guān)或類似設(shè)備。

對于工作接地，工作接地線和保護(hù)接地線應(yīng)專線專用、獨立連接；工作接地線應(yīng)匯聚一點，避免共地干擾。

對于屏蔽接地，應(yīng)盡量增大屏蔽區(qū)域面積，避免使用一根電線通過連接器針腳將屏蔽層接至接地點的方式。電子設(shè)備的外殼屏蔽接地線應(yīng)不長于0.35 m，特殊情況下不長于0.5 m。為了保證整體接地良好，不同屏蔽接地線的接地方式如表1所示。

表1 不同屏蔽接地線的接地方式

2.2 屏蔽設(shè)計

屏蔽就是對兩個空間區(qū)域進(jìn)行金屬隔離，以控制一個區(qū)域的電場、磁場和電磁波對另一個區(qū)域的感應(yīng)和輻射。屏蔽作為確保系統(tǒng)EMC 的一項重要措施，適用于各種車輛不同電子控制功能單元。屏蔽措施和技術(shù)解決方案對所有器件基本相同，但并不是所有器件都要求屏蔽。

在軌道交通車輛設(shè)計中，屏蔽總體設(shè)計方法要求軌道車輛把所有屏蔽層連接到車體上，用于屏蔽的所有導(dǎo)電部件盡量多點連接在一起。電纜屏蔽將電纜兩端的屏蔽連接到車輛的車體上，以此削弱高、低頻率的磁場、電場和電磁場的強度，從而達(dá)到良好的屏蔽效果。具體設(shè)計方法如下。

1）選擇銅、鋁、鋼等高導(dǎo)電性的材料或金屬鍍層、導(dǎo)電涂層作為屏蔽材料。

2）為了控制經(jīng)外殼、箱體進(jìn)出的泄漏輻射，應(yīng)盡可能保證結(jié)構(gòu)的電氣連續(xù)性。

3）為了提高縫隙屏蔽效能，可以減少縫隙長度，增加縫隙深度等。

4）在箱體進(jìn)線孔、出線孔的地方采用屏蔽管接頭，并配套連接金屬管或金屬編織網(wǎng)套。

5）對于通風(fēng)口，為了達(dá)到所要求的屏蔽效能，應(yīng)使用直徑足夠小的穿孔金屬板。為了兼顧屏蔽和通風(fēng)量的要求，可使用蜂窩板。

6）插針應(yīng)在連接器的屏蔽環(huán)接地后接通，在連接器外殼脫開前斷開。使用陰性或凹形插針與負(fù)載線路連接，以免與連接器外殼的其他部分接觸。

7）對于容易產(chǎn)生干擾或易被干擾的電纜，可將其設(shè)計成屏蔽電纜。

如圖3 所示，在軌道車輛屏蔽設(shè)計過程中，對于電子控制單元和信號與數(shù)據(jù)線的屏蔽設(shè)計，需要遵循各自的屏蔽設(shè)計方法。

圖3 屏蔽總體設(shè)計原則

對于電子控制單元，其屏蔽設(shè)計方法如下。

1）采用孔陣保證通風(fēng)，為確保屏蔽效果，必須保持接觸良好。

2）裝在機箱中的插件應(yīng)帶有金屬面板，插件面板與機箱接觸良好。

3）縫隙應(yīng)小于0.5 mm。

4）電纜屏蔽層應(yīng)以低阻抗、低感抗連到裝配骨架或機殼的入口處。

5）電源濾波器和信號濾波器要有參考接地平面，并連接到機殼或裝配骨架上，濾波器應(yīng)設(shè)于電路的入口處。

6）如果使用裝配區(qū)域或支架作屏蔽，它們也應(yīng)由導(dǎo)電材料組成，所有外殼部件連接在一起的接觸面應(yīng)盡可能大，且連接處阻抗和電感值應(yīng)盡可能低。

7）門、蓋板等應(yīng)與框架/側(cè)面在多點進(jìn)行導(dǎo)電性連接。該連接可在門的鉸鏈處用拉帶，在蓋板處通過緊固件進(jìn)行連接，在門邊緣處還應(yīng)有其他的接觸面。

8）若在機柜內(nèi)有產(chǎn)生強烈干擾輻射的設(shè)備，在這些設(shè)備和敏感設(shè)備之間應(yīng)設(shè)置屏蔽。例如，使用金屬板設(shè)置屏蔽，設(shè)置時應(yīng)注意金屬板與裝配區(qū)域的車體或者支架間是多點低阻抗連接。

9）未屏蔽的信號電纜在進(jìn)入屏蔽區(qū)域時需對其進(jìn)行屏蔽或在進(jìn)入屏蔽區(qū)域入口處進(jìn)行濾波。

對于信號與數(shù)據(jù)線，其屏蔽設(shè)計方法具體如下。

1）信號與數(shù)據(jù)線的屏蔽必須兩端都接地。

2）屏蔽層應(yīng)以盡可能寬的表面積接觸，并且應(yīng)保證低阻抗、低感抗連接。

3）盡可能避免在屏蔽終端使用單端接地。

4）電纜屏蔽層應(yīng)與外殼入口直接相連，以防止干擾電流經(jīng)屏蔽層流入機箱內(nèi)部。

5）如果不可能使產(chǎn)生相當(dāng)大干擾的導(dǎo)線之間保持最小的間距，且導(dǎo)線走向在長距離內(nèi)保持平行，則像數(shù)據(jù)總線之類的特別敏感的導(dǎo)線必須另外放在一個金屬導(dǎo)管內(nèi)，并與車輛地連接。與車輛地的連接盡可能低阻抗、低感抗相連，且至少兩端都需這樣連接。

2.3 濾波設(shè)計

濾波是用來降低電子器件傳導(dǎo)干擾和提高電磁抗擾度的基本方式。軌道交通車輛上一般采用低通濾波器對電源進(jìn)行濾波，并采用帶通濾波器對信號設(shè)備進(jìn)行濾波。軌道車輛濾波系統(tǒng)設(shè)計方法具體如下。

1）濾波器直接安裝在屏蔽體入口處或其附近。

2）濾波器外殼或濾波器參考接地同支架、屏蔽護(hù)套或箱體以低阻抗和低感抗連接。

2）輸入和輸出導(dǎo)線應(yīng)分開布置。

4）如果使用旁路電容或旁路濾波器，要用螺栓固定到屏蔽地上。

5）濾波器漏電流不能流向內(nèi)部參考電位，而是應(yīng)通過低阻抗和低感抗連接流向屏蔽或車輛地。

6）如果裝配區(qū)域不是屏蔽區(qū)或濾波器位于屏蔽體外，則從濾波器到電子器件的連線要進(jìn)行屏蔽；反之，如果濾波器位于屏蔽區(qū)域內(nèi)，應(yīng)屏蔽從屏蔽體到濾波器的連線。

7）所有由蓄電池供電的電子控制單元要配有合適的電源濾波器。

同時，對于一些特殊情況下的電子控制單元和信號發(fā)送器的電源線是無需濾波的，包括由其他電子控制單元通過它們的濾波電源供電的電源線以及已經(jīng)進(jìn)行了屏蔽處理的兩個單元之間的電源線。

此外，所有帶繼電器、接觸器之類感性負(fù)載的機械連接應(yīng)配有合適的暫態(tài)抑制裝置，而帶控制和信號元件的機械接觸器應(yīng)配有合適的變阻器。

2.4 布線設(shè)計

由于軌道交通車輛的特殊性，分別有不同等級電壓的電纜，如DC 1500V、DC 750V、DC 110V 和AC 380V/220V。這些不同電路和功能單元中的電纜之間可能存在容性和感性耦合，關(guān)注電纜敷設(shè)也是軌道車輛提高電磁抗擾度實現(xiàn)EMC 的一大重要措施。

電纜之間的電容耦合在電纜平行敷設(shè)時出現(xiàn)，耦合度取決于電纜平行敷設(shè)的長度、電纜之間的距離及電纜距地面的高度。電感耦合發(fā)生在環(huán)形導(dǎo)線內(nèi)，感應(yīng)干擾的強度主要取決于環(huán)形導(dǎo)線的面積。

軌道交通車輛的電動機導(dǎo)線、逆變器導(dǎo)線及輔助設(shè)備導(dǎo)線特別容易產(chǎn)生干擾，而信號線，數(shù)據(jù)傳輸線，天線引線及音、視頻導(dǎo)線對場感應(yīng)耦合特別敏感。鑒于以上原因，軌道交通車輛的布線設(shè)計方法如下。

1）電源線應(yīng)使用多芯電纜。

2）導(dǎo)線盡量布置得靠近車輛構(gòu)架或其他與車輛構(gòu)架導(dǎo)電連接的金屬部件。

2）敏感信號的信號線采用屏蔽絞接電纜。

3）電機、變頻器的導(dǎo)線采用屏蔽電力電纜。

5）載有不同類型信號的導(dǎo)線不能布置在同一屏蔽層內(nèi)。

6）依照整體緊湊布置電路電纜的原則，并以標(biāo)準(zhǔn)建議的間隔分開布置不同類別的電纜。

7）如果不同類別電纜直角交叉，則不需要考慮最小間距。

2.5 電子元器件的選擇

在軌道交通車輛的設(shè)計中，電子元器件的選型應(yīng)符合EN 50155 標(biāo)準(zhǔn)[10]。具體方法如下。

1）控制元器件來源。考查生產(chǎn)廠家的工藝水平、質(zhì)量控制能力和產(chǎn)品信譽，選用器件制造技術(shù)成熟（即長期穩(wěn)定、大批量、成品率高）的廠家，盡量單一化元器件的品種、規(guī)格及生產(chǎn)廠家。

2）制定元器件優(yōu)選方案。盡量選用標(biāo)準(zhǔn)和通用器件，選用具有完善的可靠性應(yīng)用規(guī)范的器件。避免選用存在某種缺陷導(dǎo)致早期失效的元器件，進(jìn)而提高元器件的使用壽命和可靠性。

3 軌道交通車輛抗電磁干擾的具體設(shè)計方法

如圖4 所示，本部分將根據(jù)上述軌道交通車輛抗電磁干擾設(shè)計方法，分別從軌道交通車輛系統(tǒng)級和整車兩個維度闡述抗電磁干擾的具體設(shè)計方法。其中，對于系統(tǒng)級設(shè)計方法，分別從供電系統(tǒng)、功率單元、控制單元及信號與通信單元4 個方面進(jìn)行分析。

圖4 軌道交通車輛抗電磁干擾的具體設(shè)計方法

3.1 系統(tǒng)級抗電磁干擾設(shè)計方法

軌道交通車輛各系統(tǒng)的抗電磁干擾設(shè)計也遵從接地、屏蔽、濾波及布線設(shè)計原則，在實施上述方法過程中考慮不同單元的分析結(jié)果和特殊要求，根據(jù)不同項目、不同要求為項目設(shè)計實施具有針對性的EMC 設(shè)計方法。

如圖4 所示，從供電系統(tǒng)、功率單元、控制單元及信號與通信單元介紹軌道交通車輛系統(tǒng)級電磁抗干擾設(shè)計方法。

3.1.1 供電系統(tǒng)

對傳感器、儀表儀器而言，供電時出現(xiàn)的尖峰脈沖干擾會對其造成嚴(yán)重的危害。在軌道交通車輛中，主要由弓網(wǎng)電弧造成，可采用軟、硬件結(jié)合的方法抑制。具體的抗電磁干擾方法如下。

1）應(yīng)盡量選用強抗干擾性能的電源組成軌道交通車輛的供電系統(tǒng)，從根本上提高傳感器、儀器儀表的抗電磁干擾能力。

2）對設(shè)備間干擾，可將功率單元的驅(qū)動單元和控制電源分開進(jìn)行電源分組供電。

3）對于尖峰干擾，使用硬件線路抑制。比如，在儀器交流電源輸入端加入超級隔離變壓器，可以利用鐵磁共振原理抑制尖峰脈沖干擾。

4）對于周期性干擾，可以采用軟件方式，通過編程進(jìn)行時間濾波。

3.1.2 功率單元

軌道交通車輛中的功率單元在抗電磁干擾設(shè)計中采取以下設(shè)計方法。

1）電壓源型逆變器、制動斬波器和電源濾波器安裝在一個金屬箱內(nèi)形成電磁屏蔽。電機電纜應(yīng)屏蔽，并且屏蔽層兩端要接地。

2）制動電阻裝在帶沖孔板的金屬箱內(nèi)，敷設(shè)導(dǎo)線時將輸入線與回流線緊靠在一起，并應(yīng)敷設(shè)在金屬管內(nèi)。金屬管應(yīng)與車輛地在多個點上連接，且采用低阻抗、低感抗連接。

3）使用合適的電源濾波器降低牽引設(shè)備和輔助電源的傳導(dǎo)發(fā)射。

3.1.3 控制單元

軌道交通車輛控制單元的抗電磁干擾設(shè)計方法如下。

1）控制單元的外殼/裝配骨架應(yīng)以低阻抗方式多處和車輛地連接。

2）控制單元的電源須經(jīng)過電源濾波器和電位隔離的DC/DC 變換器供給。

3）如果DC/DC 次邊負(fù)極等內(nèi)部參考電位要以低阻抗方式和外殼/裝配骨架連接，應(yīng)避免用電纜連接，首選螺栓接頭連接。

4）其他電子控制單元的所有接口以電位隔離的方式進(jìn)行。

5）所有蓄電池供電的I/O 連線配有合適的信號濾波器和過壓保護(hù)裝置。

3.1.4 信號與通信單元

信號和通信單元的抗電磁干擾設(shè)計原則上同控制單元一樣。同時，也要對接收器天線和發(fā)送器天線的位置采取以下措施。

1）接收器天線位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離可能的EMC 干擾源。

2）產(chǎn)生強電磁場的發(fā)送器天線位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離易受電磁干擾的敏感設(shè)備，天線電纜要和其他信號和功率電纜隔離。

3）在信號接收時，采用軟件濾波的方式進(jìn)行抗干擾。

3.2 整車抗電磁干擾設(shè)計方法

軌道交通車輛整個車輛在抗電磁干擾設(shè)計上需要達(dá)到以下要求。

1）為了實現(xiàn)車輛接地，整個金屬車體表面對于所有電子設(shè)備外殼是等電位表面。

2）為達(dá)到高屏蔽效能，依據(jù)要求將屏蔽的信號線、控制電纜、數(shù)據(jù)傳輸總線等電纜屏蔽與車輛接地連接。

基于上述要求，對于不同的部件軌道車輛整車抗電磁干擾設(shè)計方法如下。

1）對于車輛與金屬設(shè)備柜、支架、箱體和容器的連接，其抗電磁干擾方法包括：①屏蔽電纜應(yīng)盡量靠近設(shè)備柜、支架、箱體和容器的金屬部分，同時所有的金屬設(shè)備柜、支架、箱體和容器與車輛接地線連接；②在頻率范圍達(dá)到300 MHz 時，要保證連接的阻值小于幾毫歐姆。

2）對于金屬設(shè)備柜、支架、箱體和容器內(nèi)的電子元件，為了防止由于電位差所引起的電子設(shè)備與金屬殼之間的電容性耦合，所有的電子設(shè)備要與金屬外殼相連。

3）對于車輛電纜槽內(nèi)的布線，要選擇合適的材料及厚度，合理設(shè)計線槽結(jié)構(gòu)，合理布置槽內(nèi)電纜的分隔結(jié)構(gòu)，并且合理布置出線方式。

4 軌道交通車輛的電磁抗擾度測試

為了確保所設(shè)計的軌道交通車輛的電磁抗擾度符合相應(yīng)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，除了對車載電氣設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)級電磁抗擾度測試之外，還需對列車進(jìn)行整車級電磁抗擾度測試。軌道交通車輛整車按照EN50121-3-1 標(biāo)準(zhǔn)[7]測試抗電磁干擾能力，包括傳導(dǎo)抗擾度試驗、輻射抗擾度試驗和靜電放電抗擾度試驗。

為了驗證本文提出的整車抗電磁干擾設(shè)計方法的合理性及有效性，以溫州市域S1 線項目為例，通過輻射抗擾度和靜電抗擾度兩個試驗，對使用上述電磁抗干擾設(shè)計方法的列車進(jìn)行抗電磁干擾能力測試。如表2 所示，在電磁兼容試驗中，包括3 個等級的試驗性能判據(jù)。

表2 電磁兼容試驗性能判據(jù)

4.1 輻射抗擾度試驗

鑒于移動通信設(shè)備的天線與列車上敏感設(shè)備的距離小于1 m 時，前者產(chǎn)生的輻射發(fā)射強度足以達(dá)到可能干擾車載電子設(shè)備正常工作的強度，進(jìn)而可能導(dǎo)致車載設(shè)備的降級甚至某些重要功能的喪失，因而設(shè)置本試驗，以驗證列車對便攜式無線電設(shè)備等輻射干擾源的抗擾度性能。本試驗為調(diào)查試驗，包括乘客或地鐵員工使用公共通訊手機的影響以及地鐵員工使用手持式對講機或無線通訊系統(tǒng)的影響。

為了保證被試手機輻射發(fā)射強度滿足試驗要求，試驗場地設(shè)在遠(yuǎn)離移動通訊基站的地點。被試設(shè)備所在車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)，且車載設(shè)備要處于正常狀態(tài)，不添加或減少任何設(shè)備。不允許出現(xiàn)可能形成干擾耦合路徑的設(shè)備出現(xiàn)，因為這些干擾耦合路徑可能會影響到車輛的電磁易損性。試驗中，各種設(shè)備狀態(tài)的具體要求如表3 所示。

表3 輻射抗擾度試驗的設(shè)備狀態(tài)要求

該試驗的參考標(biāo)準(zhǔn)為EN 50121-1、EN 50121-3-1[7]。試驗結(jié)果如表4 所示，所有被試設(shè)備符合性能判據(jù)A，功能或性能未發(fā)生任何喪失或降低。即軌道交通車輛對便攜式無線電設(shè)備等輻射干擾源的抗擾度性能滿足EMC 標(biāo)準(zhǔn)，表明提出的軌道交通車輛的抗電磁干擾設(shè)計方法是有效的。

表4 輻射抗擾度測試結(jié)果

4.2 靜電抗擾度試驗

由于受到環(huán)境和安裝條件的影響，例如濕度、電導(dǎo)率低的地毯或者化纖服裝等，軌道交通車輛上的電氣、電子設(shè)備及外部接口可能會受到靜電影響。本試驗?zāi)康臑椤霸u估正常操作中司機及乘客可能摸到的工作元件對于靜電放電的抗擾能力”。本試驗對于被試車輛各種設(shè)備狀態(tài)的要求與輻射抗擾度試驗要求一致，詳見表3。

根據(jù)EN 50121-3-2 標(biāo)準(zhǔn)[7]，靜電放電試驗采用接觸放電±6 kV、空氣放電±8 kV 的試驗等級，測試結(jié)果應(yīng)滿足試驗性能判據(jù)B 以上。本試驗的試驗要求如表5 所示，試驗需在上述每個被試設(shè)備，根據(jù)EN 50121-3-2 標(biāo)準(zhǔn)[7]規(guī)定，接觸放電±6 kV、空氣放電±8 kV 的試驗等級重復(fù)進(jìn)行10 次試驗。

表5 靜電抗擾度試驗要求

依據(jù)EN 50215 標(biāo)準(zhǔn)[11]，試驗結(jié)果如表6 所示。所有試驗部位在兩種試驗等級下，均符合性能判據(jù)A 級，功能或性能未發(fā)生任何喪失或降低。即軌道交通車輛上正常操作中司機及乘客可能摸到的工作元件的抗靜電性能滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，表明提出的軌道交通車輛的抗電磁干擾設(shè)計方法是有效的。

表6 靜電放電測試結(jié)果

5 結(jié)束語

本文從軌道交通車輛EMC 的電磁干擾和抗電磁干擾要求，以及電磁干擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備這3 個要素出發(fā)，首先分析了EMC 的電磁干擾度和電磁抗擾度，以及軌道交通車輛滿足電磁抗擾度的兩種解決途徑。其次，針對軌道交通車輛的EMC 電磁抗擾度（即抗干擾能力），從接地、濾波、屏蔽、布線設(shè)計及電子元器件選擇5 個方面，分析了其抗電磁干擾設(shè)計方法，進(jìn)而根據(jù)這些設(shè)計方法從整車和系統(tǒng)級兩個維度出發(fā)，提出了軌道交通車輛抗電磁干擾的具體設(shè)計方法。其中，針對系統(tǒng)級維度，從供電系統(tǒng)、功率單元、控制單元及信號與通信單元4 個方面進(jìn)行了抗電磁干擾設(shè)計。最后，通過輻射抗擾度和靜電抗擾度試驗，驗證了所提抗電磁干擾設(shè)計方法的有效性和合理性，可滿足軌道交通車輛EMC 標(biāo)準(zhǔn)要求的電磁抗擾度。相關(guān)測試結(jié)果作為溫州市域S1 線項目交付時的驗收依據(jù)。