浅谈地铁车辆电磁兼容措施及方案

孙宁

【摘 要】目前我国地铁技术飞速发展，但是地铁车辆在电磁兼容方面仍有不少需要提高的地方，本文以电磁干扰产生的三要素为出发点，详细介绍了地铁车辆电磁兼容性设计的措施以及方案。期对相应的研究提供帮助。

【关键词】电磁兼容；干扰源；措施；方案

引言

地铁目前采用都是比较先进的大功率变频器、变压逆变器以及各种先进的网络自动驾驶设备，而且使用了较宽的电子设备频带。车辆系统已经形成了一个复杂的电源，能量很大。车辆一旦发生电磁干扰问题，不仅会出现车辆设备故障，而且很有可能出现大量的因为信号等的传递错误出现事故，这就不得不要求地铁系统在电磁兼容方面提出更高的要求。地铁本身就是由高压、计算机、网络等各方面组成一体的设备，其采用变压逆变器、异步电动机驱动的交流以及半导体逆变电源等大功率的设备，也有大量的未处理实施控制的系统，构成复杂。为使地铁上的各种设备正常工作，没有干扰，并且能够做好屏蔽，以保证乘客的身心健康，同时向乘客提供各种良好的服务。因此，电磁兼容已经成为了目前地铁能否正常运行以及能否提供优质服务方面的核心问题，这就要求我们在进行地铁兼容设计方面能够从全局着想，立足于每一个细节，保证设计能够起到相应的作用。

一、地铁车辆的电磁兼容性要求

电磁兼容一般要包括三个方面，即敏感源、干扰源以及耦合路径。地铁列车以及安装设备在电磁干扰问题中包含了两个要素，既是干扰源又是敏感源，干扰的主要方式是传导和辐射。

（一）需要与地铁车辆相兼容的系统包括以下方面。

1.地铁列车本身的通讯设备列车自带通讯设备；

2.地铁临近的通讯系统；

3.列车及周边的无线电系统；

4.公共移动无线电话系统；

5.个人通讯的系统；

6.隧道电话以及直线电话；

7.地铁的信号控制系统；

8.地铁旁的设备及电缆；

（二）地铁车辆电磁兼容性标准

地铁车辆的兼容性标准通常有BSEN61000-6-4：2007、EN50121-3-1：2006和EN50121-3-2：2006

二、地铁车辆的的电磁兼容设计（EMC）原则

（一）接地方面的设计

接地最有效且最经济的方法就是利用电磁兼容技术进行设计，合理、优良的接地系统不但不会增加车的成本，而且会很好的提高车辆系统的抗干扰度，也有效减少车辆自身的电磁发射，同样也很能有效的避免耦合干扰。

1.接地方式的选择

接地方式一般分为单点接地、两点接地以及混合接地。单点接地是最简单的消除耦合和低频环电路的方法。2.电磁高频率时，屏蔽层采用两端接地可以很好地降低电场以及磁场干扰作用。3）频率范围较宽的情况下，一般采用混合接地。混合接地是屏蔽层一段接地然后另一端由小电容接地构成混合接地。

2.车辆自身接地的设计

车辆有两種接地，一个是保护性接地，一个是工作性接地。保护性接地就是为了保证车体处于零电位，而采取的一系列措施。这就包括。地铁车辆所有的传导部件包括车体、转向架、逆变器等通过电缆相互连接，从而保证他们都处于零电位，从而保障工作人员自身安全。工作性接地就是为了保证车辆内的电力和电子设备的正常工作，减少车体内由于车体与车内各设施之间的电位不同而产生的电磁干绕，而接地可以有效的降低这种电磁的干扰。它通过地铁轨道提供一个线路电流的负极回流，通常包括1500V的直流和110V直流，也包括380V交流接地。

3、布线设计

地铁相连的各种电缆是干扰源同时也很容易受到电磁的干扰。在地铁车辆中1500V高压电缆、制动电阻电缆和电机的电缆都容易产生干扰，而相对要求较高的敏感电缆MVB电缆、PIS及ATC电缆就比较容易受到干扰。110V的控制性电缆即是干扰源又容易受到干扰，如何布线、减少被干扰和产生干扰是在设计方面需要注意的问题。

三、电磁兼容控制措施及方案

电磁兼容本身就是指电器、电子设备能够有效的在电磁环境中工作，且不产生任何的干扰。在地铁的工作中，为了保证地铁的工作正常以及减少工作时的干扰，为达到这个目的，通常在设计方面需要考虑电子、电器设备的抗干扰以及降低辐射方面进行考虑，一般采取措施如下：

（一）地铁车辆的接地处理

1.首先使得整个车体外表与车内的电子、电器设备的电位为零。具体操作如下：

（1）所有的支架、金属的设备柜子以及箱体、容器通过金属设备与车辆接地线连接，以保证车体本身的零电位。

（2）所有的电缆屏蔽按照标准与接地线相连。

（3）在频率到达3000MHz时，采用螺栓等进行相互连接以及合适的接地线进行连接。

（4）屏蔽电缆要靠近各金属设备（包括柜体、支架，箱体等）。

2.对于各种电子元件，要防止因为电位差引起各电子、电器设备与金属壳之间的电容性耦合，各设备要与金属外壳相连，保持零电位。

3.特殊部位、特殊部件的接地。

（1）牵引箱：①对金属箱进行闭合处理；②通过导线、电缆等使其与车辆接地线连接。

（2）空调机组：①首先用金属箱体将所需保护的设备进行封闭。②各机组通过导线、电缆等低电阻设备连接至接地点。

（3）牵引电机。①说先保证牵引电机与车辆的的接地线通过金属导体相连，保持零电位。②将牵引机的导线进行盘制然后封闭在金属的框中然后接地。

（4）广播系统。地铁车辆的广播系统要在屏蔽线内进行一段接地，并且要求接地点与列车广播系统相连。

（5）各设备柜。要保证两处的接地，然后进行屏蔽连接。

（6）对于ATP等设备、无线相关设备等要根据设备要求进行接地处理和屏蔽。

（二）电缆布线的设计

地铁车辆上使用的电缆较多，不同的电器、电缆以及各种元件之间的电感性和耦合性能都要进行综合的考虑。由于车辆体积有限，各相应电缆之间无法保证最小的间距，按照电缆抗干扰的种类进行分类，就可以有效解决相互干扰的情况。对于易受干扰的导线、电缆进行列单，然后分别单独布线。对于干扰能力强的电缆、导线必须进行屏蔽。在布线中，电磁兼容保护性措施的实施是必须的，以下条件都是进行电磁保护的基本条件，在设计中要予以重视和满足。1.保证各种电缆的分别布线并且要保证各电缆之间的最小间距。2.输出线和回流线相邻铺设。这主要包括电源线、电机线以及电阻线等。3.各种金属尽量靠近车辆的接地线（如金属的线槽、金属管等通过金属的导体与接地线相连）。由于交变磁场会长生电噪，因此导线、电缆等要与可磁化的金属片之间保有足够的距离。4.不同类型的电缆平行铺设时候如果不能够保证最小间距就要采取金属套、线槽等保护然后进行接地。5.在电缆之间呈现直角时候，可以不考虑最小间距的要求。6.应该对电池电压端的信号和控制元件电压端的信号进行区分来保证减少干扰。7.其他方面的导线也要采取尽量减少干扰的方式进行。

（三）特殊导线的屏蔽。

对通讯信号和数据的导线屏蔽从而实现抗干扰性能。在屏蔽时，要重点对以下方面进行考虑：

（1）各信号线和数据电缆的屏蔽要按照标准接地。

（2）.屏蔽需要对整个部件进行屏蔽。不能留下孔洞。

（3）要避免在连接器中使用插針来屏蔽。

（4）电缆一旦进入套管，必须进行屏蔽处理，从而保证电流不对管套产生影响。

（5）各产生干扰的导线之间一旦不能保证最小间距时，那么敏感的数据线要单独铺设，线管要在两端都与车辆接地相连。

通过对功率电缆和功率电子元件的屏蔽从而实现抗干扰性能。对功率电缆进行屏蔽就是为了减少其辐射。所有的具有脉冲电压的和电流的电缆都要考虑减少其辐射。这就包括：（1）电机电线。（2）地铁的逆变器输出端（若进行了滤波可以不考虑）。（3）为符合电磁保护的要求，大功率电子器件必须安装在封闭的金属体内，以满足最大的屏蔽效果。

结语

城市地铁车辆电磁兼容性的设计需要从布局、电路、电线接地、以及屏蔽效果等多个方面进行考虑，从而达到较好的设计效果。随着科学技术的飞速发展，电磁兼容也必将出现新的技术。纵然我国在地铁车辆电磁兼容方面已经有所突破，但是需要改进的地方还有很多，这就需要地铁车辆电磁兼容方面多加研究，不断的调整电磁兼容设计的措施和方案。

参考文献：

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