城市轨道列车电磁兼容的系统布局设计实现及测

1 绪论

地铁作为一种占地少、运输量大、环境污染小、安全舒适的出行方式，自1969年北京开通第一条地铁线路后，便如雨后春笋般出现在中国各大经济发展较快的城市[1]。而保障地铁在厂内设计符合标准、运行过程中安全无误，是研究轨道列车的首要任务。城市轨道列车自身设备间的电磁干扰与它对整个城市形成的电磁辐射干扰是影响轨道列车安全运行的重大因素。轨道列车中的电气电子系统，例如信号发射系统(包括轨道电路和其他列车探测系统)、列车通行控制系统和铁道旁控制系统等，它们大部分均采用大功率变频器、整流器和各种先进的信号控制网络，这使得轨道列车成为一个在城市中穿行的巨大电磁干扰源。因此，在轨道列车内部各设备之间、轨道列车与铁路基础设施之间、轨道列车与外部环境之间均会产生电磁干扰现象[2]。

文献[3]研究了高速动车组的关键技术，为高速动车组的电磁兼容设计提供了理论依据，对轨道列车的电磁兼容设计问题也有一定启发。文献[4]利用数据挖掘(Data Mining，简称DM)的方法对高速列车电磁发射测量数据进行了分析，能够预测设备电磁兼容数据，从而给出了抗电磁干扰所要考虑的重点设备对象。文献[5]通过Solidworks建模、仿真设计了一套基于高频结构仿真(High Frequency Structure Simulator，简称HFSS)的布线方案，为电气配线设计问题提供了思路。文献[6]研究了地铁站内电磁兼容问题，提出了一套强、弱电系统同址共建时确定最小间距的方法，合理规划了机电设备布局，与本文提出的轨道列车电磁兼容布局设计方案配合起来实现，可以更有效地提高轨道交通系统的电磁兼容性能。

轨道列车的电磁兼容性问题要从3个方面来分析，即干扰源、电磁干扰传播途径以及敏感设备。轨道交通车辆需要面对的电磁环境干扰源分为列车干扰源和轨道系统干扰源。首先，列车干扰源包括列车底部牵引系统中的牵引电机、高速断路器、主开关箱、交流调压变频(Variable Voltage and Variable Frequency，简称VVVF)、主逆变器、滤波电抗器等，以及辅助系统中的辅助逆变器、变压器、母线断路器等。其次，轨道系统干扰源包括接触网供电、信号系统的轨道设备等。轨道系统敏感类设备包括辅助系统、照明、空调系统、通信系统、乘客信息系统、列车控制系统、车门系统、车载信号系统。

一旦轨道车辆内部受到电磁干扰，轻则使车内视频系统出现花屏、抖动，或者影响车内乘客的手机等无线通信设备的通信质量，重则使信号指令发出错误提示，从而诱发安全事故。正是由于轨道列车的电磁兼容性会严重影响轨道列车的安全性和可靠性，全面可靠的轨道列车电磁兼容设计方案才显得尤为重要。

本文首先从整体出发提出一套轨道列车电磁兼容系统布局方案。其次，由于车体不同部位集中的设备不同，将列车分为车顶、车底、车内3个部分，并且分别进行电磁兼容分区布局设计。最后，从布局方案出发，设计了一套测试轨道列车电磁兼容性能是否符合标准的试验方案，并以上海地铁6号线作为测试车辆进行了实地运行测试。

2 轨道列车电磁兼容的系统总体布局设计

轨道列车电磁兼容总体布局方案由车辆整体设计结构、车辆运行环境、性能要求、维护检修等因素决定，这涉及多方面系统的协调、配合。在电磁兼容方案设计之前做一定的电磁评估非常必要，尤其要考虑电器配线的布置和线束的设计，这与车体、管线结构布置、内装结构、电器设备接口设计等密切相关。因此，在设计过程中，需要从多种角度综合考虑，确保轨道客车电磁兼容系统布局达到最优。

从构成结构上来看，轨道列车主要由两大部分组成，即发挥各种作用的设备与连接各设备间的线缆。因此，轨道列车内部的设备总体布局与电气配线总体布局是列车电磁兼容系统布局方案的基础，同时也是各子系统电磁兼容设计方案的原则。

2.1 电气设备的总体布局设计

电气设备总体布置应使整个系统集中、紧凑。具体布局方案为：

第一，充分考虑车型特点，将车顶、车内、车底区域进行模块化分区，把功能类似的设备组合在一起。例如，将主回路的主要设备、大型设备、噪声振动大的电气部件尽量布置于车下或隔离起来；对于功能性或舒适性的电气设备，如配电盘、水和卫生系统的布置多设于车辆的两端，便于检修维护及旅客的使用；乘客信息系统(PIS)、广播影视系统，以及常用的开关按钮等应安放在方便而明显的位置。

文章来源：《中国测试》 网址: http://www.zgcszzs.cn/qikandaodu/2021/0216/538.html