中白2型機車電磁兼容設計

孫鳳霞

（中車大同電力機車有限公司技術中心，山西大同037038）

引言

中白2型機車是大同公司自主設計、并根據白俄羅斯鐵路運行要求量身打造的高端智能機車，是繼中白1型機車后為白俄設計生產的第2代產品。出口白俄機車的運行線路、信號電臺設備及考核標準等均對機車的電磁兼容性提出較高要求。

電磁兼容問題一旦發生，處理、分析、改造起來相當困難。近幾年，軌道交通行業各專家、學者通過深入研究，發表了大量關于電磁兼容的論文、專著，本文以中白2型機車為例，具體論述電磁兼容的管理性、預防性設計。

1 電磁兼容機理及措施

電磁兼容一般是指設備或系統在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾能力，即要求在同一電磁環境中的電氣及電子設備都能正常工作又互不干擾，達到“兼容”狀態。

電磁兼容是為解決電磁干擾的問題，產生電磁干擾的三要素及其關系如圖1所示。

圖1 電磁干擾三要素及關系模型

從電磁干擾的關系模型可知，電磁干擾的三要素：干擾源、耦合路徑、敏感設備，三要素缺一不可，少一個就不會產生電磁干擾，所以要解決電磁干擾問題就要從這三個要素著手，只要消除電磁干擾三要素中的任何一個要素就可實現電磁兼容。對干擾源、敏感設備常用措施為屏蔽、濾波、接地。對耦合路徑采用縮短電纜長度、分離布置等措施[1]。

2 電磁兼容設計

根據電磁兼容設計的基本原則和中白2型機車的使用要求，為確保各電器設備可靠的工作，達到電磁兼容要求，在設計階段對機車的電磁兼容進行了整體規劃、統籌安排，重點從機車各個設計模塊出發，展開電磁兼容的管理性、預防性設計。

2.1 總體布置

實現電磁兼容，合理的總體設備布置十分重要，良好的設備布置不僅可以減少強、弱電設備的互相干擾，而且可以減少干擾源布線電纜長度，減少外發射干擾。設備布置見圖2。

圖2 中白2型機車設備布置

中白2型機車是六軸雙司機室電力機車，從圖2可知，主變流柜安裝在牽引變壓器正上方，兩者之間連接電纜盡可能的短，降低了高壓電纜的干擾源長度；安全設備柜、微機柜、充電機柜及低壓電器柜等各電器屏柜分離布置，且屏柜之間通信電纜比較密集的屏柜，采用集中布置方式，既降低了高低壓設備間的互相干擾，又縮短了干擾長度，提高了電磁兼容性[2]。

2.2 電氣原理設計

電氣原理設計充分考慮接地系統設計，接地方式屬于對電磁干擾“疏導”的方法，也是最有效和最直接的提高電磁兼容的方法。

2.2.1 整車接地框架

整車接地框架為：各電器屏柜骨架、變壓器外殼、轉向架構架均通過軟編織線同車體可靠連接，轉向架構架再通過軟編織線同軸端接地裝置可靠連接，提供電荷泄放回路，起到保護接地作用；變壓器回流通過車體上安裝匯流排，由6根回流線將電流回流到軸端接地裝置，實現機車的工作接地。為防止整車的工作電流通過車體，造成局部環流，匯流排采用同車體絕緣的安裝方式。此接地框架能夠保證車體、構架、屏柜骨架同大地等電勢，實現保護接地和工作接地功能，起到提升電磁兼容作用。接地框架示意見圖3。

圖3 接地框架示意

2.2.2 大功率電機接地設置

大功率的電機磁場除用作能量轉換外，磁場本身作為電磁發射源對外輻射電磁干擾，為降低其產生的電磁干擾，對電機接地上做特殊處理。具體為：電機設置3個接地點，1個設在電機機身上，通過電機自身安裝的接地電阻后再與構架上接地座連接，增加車體阻抗，有效抑制牽引電流在車體回路中產生的感應電流。另外兩個設在電機接線盒內，通過兩根接地線與電機電源線平行布置，并與主變流柜內電容相連，電容另一端連接到變流柜骨架，通過接地線回流的連接方式來改善電磁干擾，接地示意見圖4。

圖4 牽引電機接地示意

2.3 電器屏柜

各電器屏柜設計充分考慮屏蔽、濾波、接地，遵循如下設計原則：

1）電器屏柜骨架采用封閉的金屬骨架，同車體可靠接地，各安裝設備同骨架可靠連接，使屏柜構成一個大的屏蔽體；

2）根據設備電壓等級或功能，將部件分裝在不同的屏柜內，屏柜內部設備亦根據電壓等級、功能分塊，合理布局；

3）屏柜布線，高低壓電纜分路徑走線，避免互相干擾。高壓電纜在柜體下部出線，采用端子排對外連接。低壓電纜在柜體頂部出線，采用連接器對外連接，信號電纜采用專用金屬連接器，做好屏蔽處理。

4）大量采用濾波技術，有效抑制電路內部的傳導干擾，抑制諧波電流[3]。

2.4 整車布線

整車布線采用成熟的HXD2機車布線技術平臺，所有電纜均先按電磁兼容要求分類，高壓電纜布置在中央地板下線槽，低壓電纜布置在高處布線線槽，不同電壓等級的電纜在線槽中按規定距離分離布置，嚴格按照布線標準要求布線，并對布線線槽進行特殊的安裝、結構設計，最大限度地提高電磁兼容性。布線線槽具體設計如下：

1）高、低壓布線線槽均緊靠車體布置，最大限度地利用從金屬表面反射的反向電場，消除電纜產生的電場。

2）低壓線槽采用并排的兩個線槽，將控制電纜同信號電纜分離，線槽間由鋁板相連，每兩個線槽之間通過軟編織線連接，靠側墻的每個線槽又與側墻接地座可靠連接，線槽見圖5所示。高壓線槽每兩個線槽接縫處通過折彎、開槽的方式，保證兩個線槽的可靠接觸，每個線槽與底架可靠連接，線槽上蓋上鐵地板，線槽見圖6所示。線槽的這種設計方式，保證高低壓線槽各自構成整體的多點接地的屏蔽體。

圖5 低壓布線線槽

圖6 高壓布線線槽

為取得良好的電磁屏蔽效果，采用大量措施、方法，對電纜進行屏蔽防護、接地處理，并編制的文件、規范，加強對屏蔽、接地防護處理的工藝要求。

3 結語

電磁兼容重在設計，規范的工藝操作是電磁兼容實現的手段。中白2型機車電磁兼容實行管理性、預防性設計，統籌考慮各個模塊的電磁兼容性的實現，制定并實施相關標準、規范，通過廠內測試及在白俄線路運行考核，未出現因電磁兼容問題導致的信號丟失或異?，F象，證明整車布局合理，電磁兼容效果良好。

[1]白同云，呂曉德.電磁兼容設計[M].北京：北京郵電大學出版社，2001.

[2]王益民，于定華，蔡萬銀.大功率交流傳動電力機車電磁兼容的研究[J].機車電傳動，2011，10（1）：62-65.

[3]李華祥.電磁兼容在電力機車布線中的設計[J].鐵道機車車輛，2008，28（1）：9-11.