淺談地鐵車輛電磁兼容措施及方案

張厚寶

（中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東 青島 266000）

0 引言

通常情況下，電磁兼容主要是指在電磁環(huán)境中，電磁設(shè)備、電氣設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)自身安全穩(wěn)定運(yùn)行，而且不會(huì)對環(huán)境造成干擾。為使地鐵車輛電磁兼容性可以得到保障，需要對整個(gè)車載電氣、電子設(shè)備、基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備、地鐵系統(tǒng)外部設(shè)施等方面的問題進(jìn)行充分考慮與分析。為促使地鐵車輛電磁兼容可以達(dá)到更好的效果，可以采取增強(qiáng)電氣設(shè)備或者電子設(shè)備抗干擾能力的方式，或者減弱輻射強(qiáng)度的方式。這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)地鐵安全穩(wěn)定運(yùn)行，而且可以為乘客創(chuàng)造良好的乘坐環(huán)境，推動(dòng)我國地鐵交通事業(yè)更好發(fā)展。

1 地鐵車輛產(chǎn)生電磁干擾的原因

在地鐵運(yùn)行期間，電子設(shè)備、電氣設(shè)備的電波，以及自然界中的雷電現(xiàn)象等，都可能成為地鐵車輛電磁干擾源。多元化電磁干擾源利用不同頻段或者不同途徑，影響地鐵車輛正常運(yùn)行。一般情況下，在地鐵車輛搭載通信設(shè)備有著較大慣性時(shí)間常數(shù)，這使得地鐵車輛經(jīng)常會(huì)受到設(shè)備干擾、微波干擾以及工頻干擾。地鐵車輛電磁干擾并不是單純的電磁現(xiàn)象，在地鐵車輛運(yùn)行期間，不同電子設(shè)備，如微處理器、微控制器等，會(huì)對地鐵車輛造成電磁干擾，該種電磁干擾要經(jīng)過傳輸通道才能影響地鐵車輛。在地鐵信號(hào)系統(tǒng)中存在電磁波輻射現(xiàn)象，能夠形成電磁干擾耦合路徑。如果地鐵車輛電路中電流發(fā)生轉(zhuǎn)變，就會(huì)對信號(hào)系統(tǒng)造成電磁干擾。地鐵車輛電磁干擾需要有接收器材，才能實(shí)現(xiàn)對電磁干擾的接收。基于此，地鐵車輛之所以受到電磁干擾，主要是受到地鐵車輛系統(tǒng)裝備中接收裝置的影響。

2 地鐵車輛電磁兼容措施及方案

2.1 加強(qiáng)合理布線

在地鐵車輛上會(huì)包括很多不同類型的電纜，對于不同電路與功能元件電纜之間的電感性、電容性耦合，以及不同電纜之間的耦合問題，需要進(jìn)行充分考慮與分析。在全部電纜之間無法保證最小間距，因此需要按照相應(yīng)種類做好電纜分類工作。對相同干擾能力、容易受到干擾的導(dǎo)線進(jìn)行分類，并做好布線工作。如果面臨較為強(qiáng)烈的干擾，那么需要將該電纜屏蔽。在具體工作落實(shí)中，要注意以下幾點(diǎn)問題。①針對不同類型電纜，需要采用分別布線方式，同時(shí)要確保最小間距。②輸出線與回流路線在鋪設(shè)中，采用相鄰鋪設(shè)方式，尤其是電機(jī)線與制動(dòng)電阻。③配線要盡量與車輛接地線靠近，如金屬線材、金屬管等，可以利用導(dǎo)體，與車輛接地線連接。電機(jī)電纜與可磁化金屬片之間要擁有足夠距離，主要是為了更好地應(yīng)對交變磁場產(chǎn)生的噪聲問題。④如果不同類型電纜之間的間隙無法保障，那么要加強(qiáng)對電線管、線槽以及金屬套的應(yīng)用，并做好接地工作。⑤及時(shí)屏蔽A 類電纜。⑥采用直角交叉方式。⑦通常情況下，同一車上設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸線不可出現(xiàn)中斷情況，要避免對端子的使用。⑧在獲得先進(jìn)技術(shù)保障后，要區(qū)分電池電壓端信號(hào)線，以及連接在控制電子元件內(nèi)部的電壓端信號(hào)線。⑨針對靈敏信號(hào)導(dǎo)線，需要使用專門接插連接器進(jìn)行連接。⑩如果不同電纜需要使用相同接插連接器，就必須要滿足數(shù)據(jù)傳輸線需求，使用專門接插連接器、總線芯線束與插頭連接器連接，從而滿足不同總線解耦需求。?對線槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，要確保槽內(nèi)電纜分隔結(jié)構(gòu)布置的合理性，對材料與厚度進(jìn)行合理選用、設(shè)置。

2.2 屏蔽特殊導(dǎo)線

為最大程度保證地鐵車輛電磁兼容性，需要將特殊導(dǎo)線屏蔽。在具體導(dǎo)線屏蔽工作中，可以從以下幾方面展開。

（1）通過屏蔽信號(hào)以及數(shù)據(jù)導(dǎo)線，實(shí)現(xiàn)抗干擾。在信號(hào)屏蔽以及數(shù)據(jù)電纜屏蔽區(qū)域，需要充分考慮以下幾點(diǎn)問題：①信號(hào)屏蔽與數(shù)據(jù)電纜屏蔽，需要嚴(yán)格按照規(guī)定要求接地；②屏蔽工作需要在屏蔽設(shè)備表面進(jìn)行；③在屏蔽過程中，禁止使用多芯護(hù)套線；④禁止在接插式連接器中利用插針落實(shí)屏蔽接觸；④當(dāng)電纜進(jìn)入套管中時(shí)，相關(guān)工作人員需要立即做好屏蔽處理工作，這樣干擾電流才不會(huì)傳入套管內(nèi)部；⑤在產(chǎn)生大干擾的導(dǎo)線之間，如果無法保證最小間隙，同時(shí)在很長一段區(qū)域內(nèi)需要平行鋪設(shè)，那么針對敏感數(shù)據(jù)總線，需要將其單獨(dú)設(shè)置在電線管中，或者將其設(shè)置在接地較好的線槽中，電線管需要在兩端采用低電阻連接方式。

（2）針對功率電纜以及功率電子元件，需要做好屏蔽抗干擾工作。屏蔽功率電纜的一個(gè)主要目的是減少寄生輻射現(xiàn)象。寄生輻射限定值、信號(hào)，以及通信設(shè)備的敏感性，使得電源電纜必須要被屏蔽。對于脈沖電壓、電流的電源電纜等問題，需要進(jìn)行充分考慮。在這一過程中，還需要工作人員考慮電機(jī)電線問題、輔助設(shè)備逆變器輸出端問題等。

2.3 加強(qiáng)整車車輛接地處理

落實(shí)整車車輛接地處理工作，可以確保地鐵車輛兼容性。針對車輛接地處理，相關(guān)工作人員要給予更多重視與關(guān)注。在具體工作落實(shí)中，需要注重以下問題。

（1）要保證全部電纜屏蔽可以根據(jù)實(shí)際要求與車輛接地線相連接。全部金屬設(shè)備柜、支架、箱體以及容器等，可以利用低電阻與車輛接地線相連接。在屏蔽電纜敷設(shè)工作開展的過程中，要保證屏蔽電纜能夠靠近設(shè)備柜。

（2）工作人員針對金屬設(shè)備柜、支架、箱體以及電子元件要求要有正確認(rèn)識(shí)。為避免電位差引起電子設(shè)備與金屬殼之間電容性耦合問題出現(xiàn)，要保證電子設(shè)備能夠與金屬外殼相連接。

（3）針對特殊部件，需要做好接地處理工作。對于牽引箱，可以使用封閉金屬箱，利用低電阻將其與車輛接地線連接起來。要保證牽引電機(jī)與車輛接地線低電阻相連接。如果導(dǎo)線連接到牽引機(jī)，那么可以將其膠制并敷設(shè)到封閉金屬線槽中，實(shí)現(xiàn)線槽接地。空調(diào)機(jī)組使用金屬箱體封閉，機(jī)組使用低電阻與接地線連接。

2.4 優(yōu)化電子設(shè)備

地鐵車輛在運(yùn)行過程中，不僅會(huì)受到自然環(huán)境與外部無線發(fā)射站的影響，還會(huì)受到自身內(nèi)部設(shè)備電磁的干擾，這對于地鐵的安全穩(wěn)定運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生直接影響。當(dāng)前，我國在地鐵車輛的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中采取了相應(yīng)的電磁屏蔽措施，使得地鐵系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的外部電磁干擾問題被削弱，但其仍然在不同程度上存在電磁干擾問題。為更好地實(shí)現(xiàn)對電磁干擾問題的抑制，要在最大程度上保證地鐵車輛上電子設(shè)備的電磁兼容性，將電磁兼容性作為地鐵車輛設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，并做好電子設(shè)備質(zhì)量把關(guān)工作。地鐵車輛中包含很多設(shè)備，如車輛內(nèi)部顯示器、通信設(shè)備、控制器等，在此類設(shè)施購買的過程中，要保證它們與地鐵車輛自身電磁的兼容性相符合。與此同時(shí)，還可以采用隔離方式、浮地技術(shù)等，更好地解決電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾問題。在地鐵車輛電子設(shè)備以及電氣設(shè)備購買的過程中，需要安排專業(yè)工作人員做好采購工作，及時(shí)與生產(chǎn)廠商進(jìn)行聯(lián)系與溝通，確保其能夠?qū)Σ煌娮釉O(shè)備、電氣設(shè)備的抗干擾指標(biāo)有明確的認(rèn)識(shí)，了解設(shè)備的耐壓能力等情況。在此基礎(chǔ)上，對電子產(chǎn)品工作磁場強(qiáng)度情況進(jìn)行合理規(guī)劃。另外，要對電子設(shè)備進(jìn)行合理選用，保證選用的電子設(shè)備能夠?yàn)榈罔F的正常運(yùn)行提供保障，促使其電磁兼容能夠達(dá)到更好的效果。除此之外，工作人員還要做好電子設(shè)備電磁兼容性監(jiān)督工作，創(chuàng)建實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，這樣才能確保對電磁兼容性的具體情況有正確的認(rèn)識(shí)。如果在監(jiān)督期間發(fā)現(xiàn)電子設(shè)備電磁兼容存在不足的情況，可以及時(shí)聯(lián)系相關(guān)工作人員或者負(fù)責(zé)人，對問題作出及時(shí)調(diào)整，避免問題影響范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。也就是說，采用實(shí)時(shí)監(jiān)督的方式，能夠?qū)﹄娮釉O(shè)備具體運(yùn)行情況進(jìn)行全面把握，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對問題的有效把控，為后續(xù)地鐵車輛安全穩(wěn)定運(yùn)行打下良好的基礎(chǔ)。在電子設(shè)備的具體優(yōu)化中，需要相關(guān)工作人員自身能夠具備較強(qiáng)的專業(yè)素質(zhì)，起到良好的帶頭作用。可以對其他城市地鐵軌道交通發(fā)展經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行參考和借鑒，了解其他城市電子設(shè)備存在的優(yōu)勢，以及電子設(shè)備優(yōu)化中采用的有效方式，從而結(jié)合自身城市地鐵軌道交通實(shí)際發(fā)展情況，對電子設(shè)備優(yōu)化工作進(jìn)行完善。在設(shè)備優(yōu)化工作落實(shí)中，要對自然環(huán)境等影響因素進(jìn)行全面考慮，確保電子設(shè)備在優(yōu)化之后能夠具備較強(qiáng)的抵御惡劣環(huán)境的能力，從而降低環(huán)境對設(shè)備的影響。

2.5 加強(qiáng)接地系統(tǒng)改良

在接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，較為理想的節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)可以為系統(tǒng)電路零電位提供參考點(diǎn)，電流在經(jīng)過時(shí)不會(huì)出現(xiàn)電壓降現(xiàn)象，屬于零電位、零阻抗物理實(shí)體。從地鐵車輛運(yùn)行情況中不難看出，當(dāng)前并不存在理想化的接地系統(tǒng)，為在最大程度上避免地鐵車輛受到電磁干擾，必須要根據(jù)地鐵系統(tǒng)具體情況，對接地方式、阻隔環(huán)路等進(jìn)行合理選用，從而減少系統(tǒng)電源饋線阻抗與系統(tǒng)接地阻抗。此外，針對接地系統(tǒng)中的接地點(diǎn)數(shù)量與具體位置，需要做好科學(xué)合理規(guī)劃，并對接地點(diǎn)位置、回路干擾位置進(jìn)行明確。根據(jù)地鐵車輛運(yùn)行的具體情況，做好接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，不僅可以減少電磁干擾問題，而且地鐵車輛接收器裝置的抗干擾強(qiáng)度也可以得到增強(qiáng)。因此，針對接地系統(tǒng)改良這一工作的重要作用，相關(guān)工作人員要有正確的認(rèn)識(shí)，確保系統(tǒng)與地鐵車輛安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.6 屏蔽地鐵系統(tǒng)電磁干擾

地鐵車輛在運(yùn)行過程中會(huì)受到電磁干擾，主要是受到地鐵系統(tǒng)內(nèi)無線發(fā)射站的干擾，以及自然環(huán)境的干擾，此類干擾問題的出現(xiàn)會(huì)影響地鐵的安全穩(wěn)定運(yùn)行?；诖?，為實(shí)現(xiàn)對干擾問題的有效抑制，相關(guān)工作人員可以使用屏蔽的方式，對地鐵系統(tǒng)外部電磁干擾問題進(jìn)行屏蔽。屏蔽是提升地鐵電子系統(tǒng)、電子設(shè)備之間電磁兼容性的重要方式，在電磁干擾信號(hào)接觸到地鐵車輛保護(hù)電路之前，能夠?qū)崿F(xiàn)對其的衰減或者削弱，對空間傳播的各類電磁干擾進(jìn)行全面控制。有效的屏蔽方式能夠在一定程度上避免保護(hù)電路受到外部電磁的干擾，也能避免屏蔽網(wǎng)內(nèi)的電磁干擾向外部輻射。在地鐵系統(tǒng)中，通常會(huì)將屏蔽部位設(shè)置在地鐵車輛接收裝置位置，以及車站總控室內(nèi)。在屏蔽系統(tǒng)布置期間，工作人員要嚴(yán)格按照相應(yīng)操作規(guī)范展開，并做好接地系統(tǒng)設(shè)置工作，促使屏蔽系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

通常情況下，地鐵車輛屏蔽外部電磁干擾的方式往往被分為3類，分別是電場屏蔽、電磁屏蔽與磁場屏蔽。如果采用電場屏蔽方式，那么要保證高導(dǎo)電性材料能夠?qū)崿F(xiàn)良好接地，在此基礎(chǔ)上，對接地地點(diǎn)進(jìn)行合理選用。磁場屏蔽主要是指對低頻磁場的屏蔽和對直流磁場的屏蔽，磁場屏蔽的實(shí)際效果相較于電場屏蔽稍弱，但其是當(dāng)前我國地鐵系統(tǒng)中經(jīng)常采用的一種屏蔽方式。在磁場屏蔽設(shè)置過程中，要對鐵磁性材料進(jìn)行合理選用，確保此類原料能夠包含磁性電子元件，在對磁屏蔽體進(jìn)行開孔時(shí)，要對開孔方向給予更多重視。磁通流向與開孔長邊要確保平行，并結(jié)合實(shí)際情況縮短磁路總長度。

3 結(jié)語

電磁兼容具有科學(xué)性與合理性可以保證地鐵車輛正常運(yùn)行。因此，針對電磁兼容，相關(guān)工作人員需要給予更多重視，分析地鐵車輛電磁兼容具體情況，結(jié)合實(shí)際情況，通過改良接地系統(tǒng)等不同方式，促使地鐵車輛的電磁兼容能夠達(dá)到更好的效果，以此為地鐵安全穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造良好的條件，也為我國地鐵軌道交通事業(yè)更好地發(fā)展提供保障。