轨道交通中的电气自动化布线原则及施工技术

刘昊杰

西安交通工程学院 陕西省西安市 710000

在国家实施低碳经济的趋势下，由于轨道交通具有安全、可靠、绿色、环保、节能等优点，我国城市轨道交通呈现出快速发展势头。路网迅速扩大，产品技术不断提高。集成系统、轨道交通运营向网络化、自动化方向发展，由于对道路安全的需求不断增长，轨道交通对交通系统的安全负有重要责任。因此，保证地铁车辆的安全可靠性和易维护性成为地铁车辆布线过程中的重要研究课题。根据国家相关标准和法规的要求，需要遵循可靠性、经济性、安装维护正确、最大内部空间和均匀重量分布的原则为电气自动化布线提供了合理性和科学性施工标准。本文主要对轨道交通中的电气自动化布线的基本原则和施工技术方面的要点进行分析，希望能为优化轨道交通电气自动化提供有益的建议。

1 轨道交通对电气自动化技术的需求

轨道交通系统在现代城市的建设和发展中发挥着重要作用。如今，越来越多的城市在向现代化推进和发展的同时，对轨道交通系统的自动化水平提出了更高的要求，大致体现在以下几个方面：（1）城市轨道交通系统覆盖范围广，里程从10 公里到100 公里不等，间隔设置数十个车站。如果要完成全线的电气自动化控制，就需要建立一个有站的区域网络，对各站设备的运行情况进行监控，同时需要将全线系统集成在加强科学监测和管理。（2）与农村相比，城市生活节奏快得多，人们的生活和工作要求高效率、快节奏。因此，潜在的延误或堵塞将影响高速城市运行，可能无法满足城市发展的需要。因此，轨道交通电气自动化技术必须满足高可靠性、快速稳定运行的需要。（3）城市轨道交通系统具有公共利益和公共利益。实际用户数量庞大，系统构建复杂。因此，相关电气自动化技术必须达到一定的安全性和可靠性，有效保障用户生命财产安全，避免各种隐患的发生。（4）现代城市轨道交通建设运营体系包括多部门、多专业协同，移动电子技术还必须具备一定的综合管控功能，能够有效协调不同部门的规划管理，具有实用性和可持续性。贯穿全系统交通，保障系统安全稳定，保障人员转移便捷高效。

2 分析轨道交通电气自动化布线的基本原理

2.1 遵循安全可靠的原则

一般来说，轨道交通的类型是动力分散式车辆。保障乘客安全是分散式车辆电气自动化布线过程中的重中之重。因此，在目前的设计过程中，必须安装适当的安全设备以确保乘客的安全。电缆等级必须高于BS6853-IB，灭火器以及相关防火设备的规格必须符合国家标准和行业要求。根据目前轨道交通的建设经验来说，轨道交通使用的电线电缆至少需要能耐受125°的温度。同时，从材料上看，最好使用阻燃性低的无卤低烟电缆或无卤低烟耐火电缆。电缆束与加热设备之间必须保持足够的距离，高压电力线的绝缘也必须符合相关标准的要求。即使设备受到强烈的冲击和移动，也不会影响轨道交通的运行以及相关设备与乘客的安全。此外，应针对不同类型的设备采取防释放措施，以保证轨道交通运营的可靠性和安全性。

2.2 遵循最大化室内空间的原则

轨道交通线路和设备的安装还必须考虑最大化车辆剩余空间并为乘客创造最大的活动范围。在具体的布线过程中，除了要考虑到噪音的大小与乘客的视觉感受外，还要考虑到是否便于司机操作。比如需要须知一些容易检查与查看的信号与仪表等仪器。对于城市轨道交通来说，布线、电缆校正、绝缘电阻、管槽、电缆连接、线号打印都是要考虑的事情。在布线的具体过程中，无论哪个过程出现问题，都会影响整车的运行安全。

2.3 遵循等重原则

据了解，在同一单元中，虽然车辆的类型不同，但承重重量是相同的，有利于轨道交通的制动力与牵引力的共同实现，保持车辆运载过程中的平稳与安全；在同一轨道交通中，应采用对称分布，即遵循平均重量分布的原则，有利于减少或抑制承重偏移现象的概率。

2.4 遵循易安装、易维护的原则

由于可控性好，模块化布置常用于轨道交通电气自动化布线施工过程中。同时，轨道交通运营中必须使用的设备很多，不同类型的设备使用寿命、故障概率、运行与其维护的要求标准都各不相同，所以在布线过程中需要预留维修空间。比如后续维修使用车辆的基本电路、信号控制电路、辅助控制电路等，还可以设置多个故障报警，在发生故障时及时发出告警，及时处理故障，避免事故和严重损失。

3 轨道交通电气自动化布线施工技术要点

3.1 完全遵循电气自动化布线的模块化理念

模块化的想法是将一个复杂的系统分解成几个较小的模块，它们之间几乎没有融合。模块化的理念贯穿于电气自动化布线的整个布置周期。从设计到技术再到生产，甚至延伸到市场开发和售后服务阶段。每个连接部分都可以考虑进模块化，防止重复工作，同时促进各种功能的标准化，最终降低成本，提高效率，便于后期的维护和更新。电气自动化布线的模块化理念最显著的特点之一是将工作的两个基本要素分为线束化和功能区划分。

功能区越独立，区域间的安装、测试、维护等在这方面的相互影响就越小。线束化避免了预装工作、车身生产、初步安装等不同缓解分相互影响，以及不同功能区域之间的主要负载和布线相互作用的影响。电气装置的功能区划分应与机电设计相结合，除大型独立设备（如变频器、空调等）外，高压箱、低压箱和后电柜之间的区域也要进行明确划分。并且各区域内部连接相对独立，每个功能区域都连接到分类在车辆接线插座中的线束。在电气设计阶段，必须仔细考虑此程序，不仅适用于系统（例如牵引系统、制动系统、车门控制系统等），还适用于某些区域（例如驾驶舱栏杆、两个客舱、汽车低压油箱），元件空间位置的合理定义直接影响不同电力区域的独立性，进而影响布线模块化的效果。线束化设计需要两个重要的输入：一个是每个组件的连接器和接线端的空间位置，另一个是连接表（包括电缆编号、电缆两端的设备和引脚编号信息）。根据这两条信息，考虑避免布线路径的干扰，同时考虑布线的美观和节省材料，这样就可以设计出布线的三维线束；根据国内生产的需要，将电源线的三维封装扩展为平面图。画出线束模板的接线图，线束制造人员只需要根据线束模板的图纸加工合格的线束，不需要依赖机器，加工出来的线束的耐用性也很好。线束模板图示例如图1 所示。

图1 线束模板图设计样例

3.2 熟悉电气自动化布线的电磁兼容性

随着与轨道运动相关的功率能力的增加，轨道交通的电磁环境变得更加复杂，在设计电气自动化布线时需要了解电磁兼容性。

根据经验，干扰的存在对象、干扰源和传播方式是电磁干扰的三要素。以电磁干扰的形式影响正常运行，但在大多数情况下，其他两个元件无需布线即可放置。为了减弱或中断EMI 传输路径，必须对电缆进行分类和保护。

屏蔽可以分为两个例子：一是避免自有电缆受到外部干扰，如低压信号线；另一种避免干扰外界的方法，例如牵引电机和其他电线。该屏蔽方法可以使用线槽、软金属外壳或电气系统本身自带的屏蔽保护层来实现。保护接地的质量直接影响电流屏蔽的效果，以及技术设计的复杂程度。一般来说，应该使用单点接地来干扰对传统信号敏感的电缆，因为多个接头之间的差异会导致屏蔽电流。电流在电缆上产生感应电动势，使电缆内的信号失真（见图2）。对于短波较长的高频信号（通常考虑电缆长度为波长的0.15 倍），应采用多点接地，以降低屏蔽层的天线效应。高频电子设备的屏蔽体（盒）必须用金属编织物接地。因为频率越高，集肤效应越大。金属编织物具有更大的表面积，因此对高频信号的抵抗力更小。

图2 两点接地对信号影响示意图

3.3 需要克服的安全问题

城市轨道交通是一种载人交通工具，除了设备安全的考虑，操作人员、维修人员和乘客的安全也必须得到充分考虑。从乘客安全的角度考虑电气布线，必须考虑火灾和电击风险。起火原因是电缆过载、发热和短路。电缆过载会引起火灾，即使没有立即发生火灾，也会加速电缆绝缘层的老化。解决电缆过载问题，需要确定工作电流的大小、预期的环境温度、敷设种类、使用寿命、连续运行时间等因素，根据以上的因素出现情况可以明确等效电流Ic 的数值。Ic=I／（k1·K2·k3·k4）式中：k1 是环境温度的修正系数；K2 是敷设种类的修正系数；K3 是电缆寿命修正系数；K4 是中断运行时的短期电流修正系数（连续运行时K4=1.0）。比较公式和表格时，可以根据当前状态查看表格，得出K1、K2、K3、K4 的值。一旦确定了Ic 值，根据相关标准参考表，电缆面积可用四舍五入法确定。如果电缆面积足够大，可以有效避免过热。电线短路通常是由于连接断开或电缆绝缘层损坏，连接断开也就是字面意思，本文不多做详细描述。电缆绝缘层损坏的三个原因：割伤、应力和老化。尖锐的金属边缘或尖角与电气边缘层直接接触，或电缆未固定好使用，电缆绝缘层会被割断，造成电缆绝缘层与车辆运行过程中的困难物体发生摩擦导致割伤。这需要对延伸部分的设计采取合理的方法，在某些情况下避免与金属角直接接触，如果实在避无可避，可以考虑在金属边角处添加橡胶垫等垫子。此外，应仔细检查线束是否固定，以确保线束的固定程度，不会与其他固体摩擦导致线束损坏。电缆的绝缘应力主要是由于电缆的弯曲或拉伸，每一种电缆都有自己的弯曲最小半径。设计线束转弯时，必须考虑线束上每根电缆的最小弯曲半径。为了考虑拉伸和温度下降等安全因素，必须改变线束长度。在电气布线设计中，保护接地是关键。对于城市轨道交通来说，保护接地其实就是等电位连接，即将外露的随行件（如设备的金属盒）与有线车辆的车身相连，以保持外露的随行件与车体之间的等电位。通常，保护接地和电磁兼容性（EMC）被一起考虑。在极少数情况下，应单独考虑保护接地，以避免因高压设备的感应或放电而导致合闸负载造成人身伤害。

4 城市轨道交通自动化发展趋势

对于传统的城市轨道交通来说，电气自动化技术的引入无疑取得了质的提升。电气自动化技术的全面集成也是未来轨道交通发展的方向之一，指出了电力自动化技术在轨道交通中的应用方向。（1）电气自动化技术在轨道交通中的应用将越来越广泛，这也将推动更加智能的城市交通系统的发展。（2）电气自动化技术将朝着更加集成化、开放化、综合化服务的方向发展。目前，在全球范围内，电气自动化技术的发展越来越迅速，包括通信领域、光学技术领域和生物领域等的发展，都推动了自动化技术的进步。进行更全面的技术开发，开发高度集成化的管理。未来，地铁和电轨监控技术将通过地下和地面信息平台逐步发展，为用户提供更大的系统、更全面的服务体验。（3）自动化新技术应用更加广泛，提高生活质量和文明水平。自动化的快速发展进一步促进了其在各个领域的广泛应用，进而推动电气自动化技术向高科技、高智能化的更高方向发展。城市轨道交通系统进一步引入电气自动化技术，将为自动化技术带来更多发展机遇。

5 结语

综上所述，随着社会的进步，轨道交通的重要性与日俱增。同时，科技的发展也为改善轨道交通奠定了良好的基础。本文主要从电气自动化布线的模块化思维、电磁兼容和电气自动化布线安全的角度分析轨道交通电气自动化安装的三种方式，研究轨道交通电气布线自动化的原理，希望提供相关的研究和实践，为相关项目顺利推进提供有效借鉴和参考。