高速磁浮列车电磁兼容技术工程化探索

摘要:通过高速磁浮列车电磁兼容技术系统策略的研究，针对高速常导磁悬浮列车电气系统设计、整车结构布局、电气线路敷设及电气装置电磁兼容特性分析，基于车辆工序过程及作业单元，充分细化和分解技术标准和要求，明确高速磁浮车辆电磁兼容技术的工程化应用方法及措施。

关键词:高速磁浮车辆;电磁兼容;工艺技术;工程化应用

高速磁浮车辆与安装于地面轨道的牵引供电、运控通信系统，以及随车装载的大功率变频、变压逆变器，整流器和各种先进的控制网络、信号控制等设备，使整列车辆系统形成一个带有复杂电磁能量的巨大移动源。车辆设备和系统一旦发生电磁干扰问题，轻则导致系统出现信号错误，重则导致车辆无法正常运营。因此，通过高速磁浮车辆的工程化研制，充分研究其系统电磁兼容性要求，并通过各种措施明确其工程化应用策略，针对作业过程制定有效的工艺方法，保证整车的电磁兼容性达到系统要求，从而保证轨道车辆产品电磁兼容性、系统性能的稳定可靠。

1高速磁浮列车系统特性及电磁兼容性要求

高速磁浮列车采用电磁悬浮(EMS)方式，车辆与磁浮地面轨道系统具有电耦合，通过车载悬浮磁铁模块的激励产生受控的电磁场。悬浮磁铁与安装在磁浮轨道上的直线电机定子铁芯得电后产生吸力，将车辆整体提升，产生稳定的悬浮。高速磁浮系统电磁兼容性(EMC)分为环境级、系统级、子系统级、部件级、设备(芯片)级等各个层级(见图1)，以及各层级之间共同存在的EMC问题，而且其宽频谱、各种骚扰途径(传导、感应、辐射)俱全的特点，也使轨道交通车辆的电磁兼容环境异常复杂。特别是磁浮列车在悬浮及高速运行时，车辆与轨道之间没有任何机械接触，因此对整个系统的电磁兼容和接地系统采用特殊的系统设计策略和模式。

2高速磁浮列车电磁兼容技术工程化应用

2．1技术要求及应用要素分析

2．1．1整车布局轨道交通系统作为长链接、动态和工况复杂的列车，整列编组和单个车辆的系统布局，都须充分考虑电气系统和电气设备的性能和安全要求。在有限的空间内集中了高压高频大功率的干扰源设备，和很多高灵敏度的易受干扰的敏感设备，在总体布局时，遵循以下原则:(1)整列动力供电系统和控制通讯系统分布于车体下方，动力线路在夹层中部，控制线路在两侧线槽内;(2)车上电气系统分回路布置于车顶两侧分隔线槽内或金属线管内;(3)车下设备采用全封闭式，布置划分为高干扰区、主要干扰区、中间区、主要敏感区、高敏感区;(4)车上配电柜等电气装置根据供电和控制功能尽可能分开布置;(5)司机室内优化空间布局设计，将设备按照电磁干扰度和敏感度大小进行布局和防护。2．1．2电缆选型应用从电磁兼容角度分类，应充分考虑电缆选型及基本应用原则，电缆主要分为含有非常敏感信号、轻微敏感信号、轻微干扰信号、强干扰信号的中压及高压电缆。对于不同电缆的类别，有相应的物理隔离间距及隔离方法。其中电缆屏蔽层是良好的接地线，具有良好的电场和磁场屏蔽效果，且金属屏蔽护套两点接地所引起的环流损耗对电缆总损耗的影响不大。2．1．3布线要求布线设计基本原则包括:根据高压和低压电缆应隔离敷设，例如分布于车辆两侧;交流线和直流线应分开敷设，间隔距离应满足要求。所有的信号线路都应当与电源或其他线路隔离，不能把低压电平信号线路和交流电源线路敷设在一起。2．1．4线槽及管路高速磁浮列车夹层在车下，设置带隔舱的高压线槽、低压线槽，车上也设置带隔舱的线槽。各型电缆分类布置于线槽隔舱，避免相互干扰。2．1．5电气装置高速磁浮车辆夹层结构是车体的一个独立装配件。夹层结构中底部布置有分路电缆槽，用来安装强电电缆;为了使功率电缆和控制电缆在物理空间上相互分离，控制电缆安装在夹层结构上表面两侧的电缆槽内。功率电缆和控制电缆之间的功能连接在物理上也是分离的，通过接线盒相互连接。2．1．6电气连接电气连接必须遵循将电源线和信号线分离的原则。在电缆和电缆槽被引入接线盒时，电源线和信号线应使用分开或相互独立的接线装置(分线箱或接线盒)，如果一个电缆和电缆槽内的走线进入同一个接线装置，则应当把电缆使用连接器或端子排分开敷设。绞线接线位置在接线排上尽可能相邻或相近;电缆屏蔽层可最大限度地接近连接器或端子排，从而保护导线免受干扰。2．1．7电磁兼容性接地合理解决轨道车辆的接地问题是解决电磁干扰问题最廉价和有效的方法。良好的接地既能够提高抗扰度，又能够减小干扰发射。

2．2技术策略及工程化管控措施

根据IEC60050标准，EMC是指设备或系统可在其电磁环境中正常运行，且不会对其环境中任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。高速磁浮系统执行专门为铁路系统设计和编制的EN50121系列EMC产品标准，其中带轨道设备的车辆按照EN50121－3－1以及EN50121－3－2中关于辐射和抗干扰性中相关要求执行。通过目前对电磁兼容技术的研究，细分干扰源及干扰现象，在技术层面细化技术策略及技术措施，明确技术标准和规范，并形成相对完整的技术体系和系统管控的措施，具体如图2所示。其中与轨道车辆工程化电气施工工艺及作业直接相关的措施包括搭接和接地、屏蔽处理、以及电缆和布线技术及相关要求。

2．3施工工艺规范的要求

满足轨道车辆应用的电磁兼容取决于:功能安全性、可靠性，以及良好的工程化实施。结合电磁兼容技术要求，从工艺技术角度，对相应车辆电磁兼容性工程化应用提出具体要求，如表1所示。

3结论

通过对高速磁浮列车电磁兼容性的系统研究和分析，结合工艺设计进行过程策划，将理论的技术标准要求，细化为施工工艺标准和方法，有效推进高速磁浮列车电磁兼容技术的工程化应用，保证整车电磁兼容性达到系统要求，从而保证轨道车辆产品电磁兼容性、系统性能的稳定可靠。

作者：董力群 刘东杰 王双华 单位：中车青岛四方机车车辆股份有限公司