浅谈地铁车辆电磁兼容措施及方案

2022-11-13张厚宝

中国管理信息化 2022年8期

张厚宝

（中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛 266000）

0 引言

通常情况下，电磁兼容主要是指在电磁环境中，电磁设备、电气设备可以实现自身安全稳定运行，而且不会对环境造成干扰。为使地铁车辆电磁兼容性可以得到保障，需要对整个车载电气、电子设备、基础设施设备、地铁系统外部设施等方面的问题进行充分考虑与分析。为促使地铁车辆电磁兼容可以达到更好的效果，可以采取增强电气设备或者电子设备抗干扰能力的方式，或者减弱辐射强度的方式。这样不仅可以实现地铁安全稳定运行，而且可以为乘客创造良好的乘坐环境，推动我国地铁交通事业更好发展。

1 地铁车辆产生电磁干扰的原因

在地铁运行期间，电子设备、电气设备的电波，以及自然界中的雷电现象等，都可能成为地铁车辆电磁干扰源。多元化电磁干扰源利用不同频段或者不同途径，影响地铁车辆正常运行。一般情况下，在地铁车辆搭载通信设备有着较大惯性时间常数，这使得地铁车辆经常会受到设备干扰、微波干扰以及工频干扰。地铁车辆电磁干扰并不是单纯的电磁现象，在地铁车辆运行期间，不同电子设备，如微处理器、微控制器等，会对地铁车辆造成电磁干扰，该种电磁干扰要经过传输通道才能影响地铁车辆。在地铁信号系统中存在电磁波辐射现象，能够形成电磁干扰耦合路径。如果地铁车辆电路中电流发生转变，就会对信号系统造成电磁干扰。地铁车辆电磁干扰需要有接收器材，才能实现对电磁干扰的接收。基于此，地铁车辆之所以受到电磁干扰，主要是受到地铁车辆系统装备中接收装置的影响。

2 地铁车辆电磁兼容措施及方案

2.1 加强合理布线

在地铁车辆上会包括很多不同类型的电缆，对于不同电路与功能元件电缆之间的电感性、电容性耦合，以及不同电缆之间的耦合问题，需要进行充分考虑与分析。在全部电缆之间无法保证最小间距，因此需要按照相应种类做好电缆分类工作。对相同干扰能力、容易受到干扰的导线进行分类，并做好布线工作。如果面临较为强烈的干扰，那么需要将该电缆屏蔽。在具体工作落实中，要注意以下几点问题。①针对不同类型电缆，需要采用分别布线方式，同时要确保最小间距。②输出线与回流路线在铺设中，采用相邻铺设方式，尤其是电机线与制动电阻。③配线要尽量与车辆接地线靠近，如金属线材、金属管等，可以利用导体，与车辆接地线连接。电机电缆与可磁化金属片之间要拥有足够距离，主要是为了更好地应对交变磁场产生的噪声问题。④如果不同类型电缆之间的间隙无法保障，那么要加强对电线管、线槽以及金属套的应用，并做好接地工作。⑤及时屏蔽A 类电缆。⑥采用直角交叉方式。⑦通常情况下，同一车上设备之间的数据传输线不可出现中断情况，要避免对端子的使用。⑧在获得先进技术保障后，要区分电池电压端信号线，以及连接在控制电子元件内部的电压端信号线。⑨针对灵敏信号导线，需要使用专门接插连接器进行连接。⑩如果不同电缆需要使用相同接插连接器，就必须要满足数据传输线需求，使用专门接插连接器、总线芯线束与插头连接器连接，从而满足不同总线解耦需求。⑪对线槽结构进行合理设计，要确保槽内电缆分隔结构布置的合理性，对材料与厚度进行合理选用、设置。

2.2 屏蔽特殊导线

为最大程度保证地铁车辆电磁兼容性，需要将特殊导线屏蔽。在具体导线屏蔽工作中，可以从以下几方面展开。

（1）通过屏蔽信号以及数据导线，实现抗干扰。在信号屏蔽以及数据电缆屏蔽区域，需要充分考虑以下几点问题：①信号屏蔽与数据电缆屏蔽，需要严格按照规定要求接地；②屏蔽工作需要在屏蔽设备表面进行；③在屏蔽过程中，禁止使用多芯护套线；④禁止在接插式连接器中利用插针落实屏蔽接触；④当电缆进入套管中时，相关工作人员需要立即做好屏蔽处理工作，这样干扰电流才不会传入套管内部；⑤在产生大干扰的导线之间，如果无法保证最小间隙，同时在很长一段区域内需要平行铺设，那么针对敏感数据总线，需要将其单独设置在电线管中，或者将其设置在接地较好的线槽中，电线管需要在两端采用低电阻连接方式。

（2）针对功率电缆以及功率电子元件，需要做好屏蔽抗干扰工作。屏蔽功率电缆的一个主要目的是减少寄生辐射现象。寄生辐射限定值、信号，以及通信设备的敏感性，使得电源电缆必须要被屏蔽。对于脉冲电压、电流的电源电缆等问题，需要进行充分考虑。在这一过程中，还需要工作人员考虑电机电线问题、辅助设备逆变器输出端问题等。

2.3 加强整车车辆接地处理

落实整车车辆接地处理工作，可以确保地铁车辆兼容性。针对车辆接地处理，相关工作人员要给予更多重视与关注。在具体工作落实中，需要注重以下问题。

（1）要保证全部电缆屏蔽可以根据实际要求与车辆接地线相连接。全部金属设备柜、支架、箱体以及容器等，可以利用低电阻与车辆接地线相连接。在屏蔽电缆敷设工作开展的过程中，要保证屏蔽电缆能够靠近设备柜。

（2）工作人员针对金属设备柜、支架、箱体以及电子元件要求要有正确认识。为避免电位差引起电子设备与金属壳之间电容性耦合问题出现，要保证电子设备能够与金属外壳相连接。

（3）针对特殊部件，需要做好接地处理工作。对于牵引箱，可以使用封闭金属箱，利用低电阻将其与车辆接地线连接起来。要保证牵引电机与车辆接地线低电阻相连接。如果导线连接到牵引机，那么可以将其胶制并敷设到封闭金属线槽中，实现线槽接地。空调机组使用金属箱体封闭，机组使用低电阻与接地线连接。

2.4 优化电子设备

地铁车辆在运行过程中，不仅会受到自然环境与外部无线发射站的影响，还会受到自身内部设备电磁的干扰，这对于地铁的安全稳定运行会产生直接影响。当前，我国在地铁车辆的设计与生产中采取了相应的电磁屏蔽措施，使得地铁系统内设备的外部电磁干扰问题被削弱，但其仍然在不同程度上存在电磁干扰问题。为更好地实现对电磁干扰问题的抑制，要在最大程度上保证地铁车辆上电子设备的电磁兼容性，将电磁兼容性作为地铁车辆设计与生产中的一项重要指标，并做好电子设备质量把关工作。地铁车辆中包含很多设备，如车辆内部显示器、通信设备、控制器等，在此类设施购买的过程中，要保证它们与地铁车辆自身电磁的兼容性相符合。与此同时，还可以采用隔离方式、浮地技术等，更好地解决电子设备产生的电磁干扰问题。在地铁车辆电子设备以及电气设备购买的过程中，需要安排专业工作人员做好采购工作，及时与生产厂商进行联系与沟通，确保其能够对不同电子设备、电气设备的抗干扰指标有明确的认识，了解设备的耐压能力等情况。在此基础上，对电子产品工作磁场强度情况进行合理规划。另外，要对电子设备进行合理选用，保证选用的电子设备能够为地铁的正常运行提供保障，促使其电磁兼容能够达到更好的效果。除此之外，工作人员还要做好电子设备电磁兼容性监督工作，创建实时动态监控系统，这样才能确保对电磁兼容性的具体情况有正确的认识。如果在监督期间发现电子设备电磁兼容存在不足的情况，可以及时联系相关工作人员或者负责人，对问题作出及时调整，避免问题影响范围进一步扩大。也就是说，采用实时监督的方式，能够对电子设备具体运行情况进行全面把握，进而实现对问题的有效把控，为后续地铁车辆安全稳定运行打下良好的基础。在电子设备的具体优化中，需要相关工作人员自身能够具备较强的专业素质，起到良好的带头作用。可以对其他城市地铁轨道交通发展经验进行参考和借鉴，了解其他城市电子设备存在的优势，以及电子设备优化中采用的有效方式，从而结合自身城市地铁轨道交通实际发展情况，对电子设备优化工作进行完善。在设备优化工作落实中，要对自然环境等影响因素进行全面考虑，确保电子设备在优化之后能够具备较强的抵御恶劣环境的能力，从而降低环境对设备的影响。

2.5 加强接地系统改良

在接地系统设计中，较为理想的节点系统可以为系统电路零电位提供参考点，电流在经过时不会出现电压降现象，属于零电位、零阻抗物理实体。从地铁车辆运行情况中不难看出，当前并不存在理想化的接地系统，为在最大程度上避免地铁车辆受到电磁干扰，必须要根据地铁系统具体情况，对接地方式、阻隔环路等进行合理选用，从而减少系统电源馈线阻抗与系统接地阻抗。此外，针对接地系统中的接地点数量与具体位置，需要做好科学合理规划，并对接地点位置、回路干扰位置进行明确。根据地铁车辆运行的具体情况，做好接地系统设计工作，不仅可以减少电磁干扰问题，而且地铁车辆接收器装置的抗干扰强度也可以得到增强。因此，针对接地系统改良这一工作的重要作用，相关工作人员要有正确的认识，确保系统与地铁车辆安全稳定运行。

2.6 屏蔽地铁系统电磁干扰

地铁车辆在运行过程中会受到电磁干扰，主要是受到地铁系统内无线发射站的干扰，以及自然环境的干扰，此类干扰问题的出现会影响地铁的安全稳定运行。基于此，为实现对干扰问题的有效抑制，相关工作人员可以使用屏蔽的方式，对地铁系统外部电磁干扰问题进行屏蔽。屏蔽是提升地铁电子系统、电子设备之间电磁兼容性的重要方式，在电磁干扰信号接触到地铁车辆保护电路之前，能够实现对其的衰减或者削弱，对空间传播的各类电磁干扰进行全面控制。有效的屏蔽方式能够在一定程度上避免保护电路受到外部电磁的干扰，也能避免屏蔽网内的电磁干扰向外部辐射。在地铁系统中，通常会将屏蔽部位设置在地铁车辆接收装置位置，以及车站总控室内。在屏蔽系统布置期间，工作人员要严格按照相应操作规范展开，并做好接地系统设置工作，促使屏蔽系统能够实现安全稳定运行。

通常情况下，地铁车辆屏蔽外部电磁干扰的方式往往被分为3类，分别是电场屏蔽、电磁屏蔽与磁场屏蔽。如果采用电场屏蔽方式，那么要保证高导电性材料能够实现良好接地，在此基础上，对接地地点进行合理选用。磁场屏蔽主要是指对低频磁场的屏蔽和对直流磁场的屏蔽，磁场屏蔽的实际效果相较于电场屏蔽稍弱，但其是当前我国地铁系统中经常采用的一种屏蔽方式。在磁场屏蔽设置过程中，要对铁磁性材料进行合理选用，确保此类原料能够包含磁性电子元件，在对磁屏蔽体进行开孔时，要对开孔方向给予更多重视。磁通流向与开孔长边要确保平行，并结合实际情况缩短磁路总长度。