中白2型机车电磁兼容设计

孙凤霞

（中车大同电力机车有限公司技术中心，山西大同037038）

引言

中白2型机车是大同公司自主设计、并根据白俄罗斯铁路运行要求量身打造的高端智能机车，是继中白1型机车后为白俄设计生产的第2代产品。出口白俄机车的运行线路、信号电台设备及考核标准等均对机车的电磁兼容性提出较高要求。

电磁兼容问题一旦发生，处理、分析、改造起来相当困难。近几年，轨道交通行业各专家、学者通过深入研究，发表了大量关于电磁兼容的论文、专著，本文以中白2型机车为例，具体论述电磁兼容的管理性、预防性设计。

1 电磁兼容机理及措施

电磁兼容一般是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰能力，即要求在同一电磁环境中的电气及电子设备都能正常工作又互不干扰，达到“兼容”状态。

电磁兼容是为解决电磁干扰的问题，产生电磁干扰的三要素及其关系如图1所示。

图1 电磁干扰三要素及关系模型

从电磁干扰的关系模型可知，电磁干扰的三要素：干扰源、耦合路径、敏感设备，三要素缺一不可，少一个就不会产生电磁干扰，所以要解决电磁干扰问题就要从这三个要素着手，只要消除电磁干扰三要素中的任何一个要素就可实现电磁兼容。对干扰源、敏感设备常用措施为屏蔽、滤波、接地。对耦合路径采用缩短电缆长度、分离布置等措施[1]。

2 电磁兼容设计

根据电磁兼容设计的基本原则和中白2型机车的使用要求，为确保各电器设备可靠的工作，达到电磁兼容要求，在设计阶段对机车的电磁兼容进行了整体规划、统筹安排，重点从机车各个设计模块出发，展开电磁兼容的管理性、预防性设计。

2.1 总体布置

实现电磁兼容，合理的总体设备布置十分重要，良好的设备布置不仅可以减少强、弱电设备的互相干扰，而且可以减少干扰源布线电缆长度，减少外发射干扰。设备布置见图2。

图2 中白2型机车设备布置

中白2型机车是六轴双司机室电力机车，从图2可知，主变流柜安装在牵引变压器正上方，两者之间连接电缆尽可能的短，降低了高压电缆的干扰源长度；安全设备柜、微机柜、充电机柜及低压电器柜等各电器屏柜分离布置，且屏柜之间通信电缆比较密集的屏柜，采用集中布置方式，既降低了高低压设备间的互相干扰，又缩短了干扰长度，提高了电磁兼容性[2]。

2.2 电气原理设计

电气原理设计充分考虑接地系统设计，接地方式属于对电磁干扰“疏导”的方法，也是最有效和最直接的提高电磁兼容的方法。

2.2.1 整车接地框架

整车接地框架为：各电器屏柜骨架、变压器外壳、转向架构架均通过软编织线同车体可靠连接，转向架构架再通过软编织线同轴端接地装置可靠连接，提供电荷泄放回路，起到保护接地作用；变压器回流通过车体上安装汇流排，由6根回流线将电流回流到轴端接地装置，实现机车的工作接地。为防止整车的工作电流通过车体，造成局部环流，汇流排采用同车体绝缘的安装方式。此接地框架能够保证车体、构架、屏柜骨架同大地等电势，实现保护接地和工作接地功能，起到提升电磁兼容作用。接地框架示意见图3。

图3 接地框架示意

2.2.2 大功率电机接地设置

大功率的电机磁场除用作能量转换外，磁场本身作为电磁发射源对外辐射电磁干扰，为降低其产生的电磁干扰，对电机接地上做特殊处理。具体为：电机设置3个接地点，1个设在电机机身上，通过电机自身安装的接地电阻后再与构架上接地座连接，增加车体阻抗，有效抑制牵引电流在车体回路中产生的感应电流。另外两个设在电机接线盒内，通过两根接地线与电机电源线平行布置，并与主变流柜内电容相连，电容另一端连接到变流柜骨架，通过接地线回流的连接方式来改善电磁干扰，接地示意见图4。

图4 牵引电机接地示意

2.3 电器屏柜

各电器屏柜设计充分考虑屏蔽、滤波、接地，遵循如下设计原则：

1）电器屏柜骨架采用封闭的金属骨架，同车体可靠接地，各安装设备同骨架可靠连接，使屏柜构成一个大的屏蔽体；

2）根据设备电压等级或功能，将部件分装在不同的屏柜内，屏柜内部设备亦根据电压等级、功能分块，合理布局；

3）屏柜布线，高低压电缆分路径走线，避免互相干扰。高压电缆在柜体下部出线，采用端子排对外连接。低压电缆在柜体顶部出线，采用连接器对外连接，信号电缆采用专用金属连接器，做好屏蔽处理。

4）大量采用滤波技术，有效抑制电路内部的传导干扰，抑制谐波电流[3]。

2.4 整车布线

整车布线采用成熟的HXD2机车布线技术平台，所有电缆均先按电磁兼容要求分类，高压电缆布置在中央地板下线槽，低压电缆布置在高处布线线槽，不同电压等级的电缆在线槽中按规定距离分离布置，严格按照布线标准要求布线，并对布线线槽进行特殊的安装、结构设计，最大限度地提高电磁兼容性。布线线槽具体设计如下：

1）高、低压布线线槽均紧靠车体布置，最大限度地利用从金属表面反射的反向电场，消除电缆产生的电场。

2）低压线槽采用并排的两个线槽，将控制电缆同信号电缆分离，线槽间由铝板相连，每两个线槽之间通过软编织线连接，靠侧墙的每个线槽又与侧墙接地座可靠连接，线槽见图5所示。高压线槽每两个线槽接缝处通过折弯、开槽的方式，保证两个线槽的可靠接触，每个线槽与底架可靠连接，线槽上盖上铁地板，线槽见图6所示。线槽的这种设计方式，保证高低压线槽各自构成整体的多点接地的屏蔽体。

图5 低压布线线槽

图6 高压布线线槽

为取得良好的电磁屏蔽效果，采用大量措施、方法，对电缆进行屏蔽防护、接地处理，并编制的文件、规范，加强对屏蔽、接地防护处理的工艺要求。

3 结语

电磁兼容重在设计，规范的工艺操作是电磁兼容实现的手段。中白2型机车电磁兼容实行管理性、预防性设计，统筹考虑各个模块的电磁兼容性的实现，制定并实施相关标准、规范，通过厂内测试及在白俄线路运行考核，未出现因电磁兼容问题导致的信号丢失或异常现象，证明整车布局合理，电磁兼容效果良好。

[1]白同云，吕晓德.电磁兼容设计[M].北京：北京邮电大学出版社，2001.

[2]王益民，于定华，蔡万银.大功率交流传动电力机车电磁兼容的研究[J].机车电传动，2011，10（1）：62-65.

[3]李华祥.电磁兼容在电力机车布线中的设计[J].铁道机车车辆，2008，28（1）：9-11.