HXD3型電力機(jī)車電線路布線優(yōu)化研究

任少華

（中車太原機(jī)車車輛有限公司機(jī)車開(kāi)發(fā)部，山西 太原 030027）

電力機(jī)車電線路布線是根據(jù)機(jī)車總體設(shè)備布置及電氣功能區(qū)域劃分，通過(guò)電纜、接線端子及電連接器將不同電氣設(shè)備連接形成完整系統(tǒng)。電線路布線作為實(shí)現(xiàn)機(jī)車電氣功能的傳輸載體，其整體設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性對(duì)機(jī)車的安全可靠運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生重要影響。

1 HXD3機(jī)車電線路布線的現(xiàn)狀

和諧3型電力機(jī)車 （HXD3型電力機(jī)車，簡(jiǎn)稱HXD3機(jī)車）是中車大連機(jī)車車輛有限公司設(shè)計(jì)制造的大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車。機(jī)車總體設(shè)計(jì)采用高度集成化、模塊化的設(shè)計(jì)思路，電氣屏柜和各種輔助機(jī)組分功能對(duì)稱布置于中間走廊兩側(cè)，各種電氣設(shè)備通過(guò)電纜連接組成完整電氣系統(tǒng)進(jìn)行能量傳輸和信號(hào)傳遞。

然而，該型機(jī)車電線路布線仍存在設(shè)計(jì)缺陷，車內(nèi)多處電線路布線路徑設(shè)計(jì)不合理，存在電纜裸露、防護(hù)不到位的狀況，布線工藝性差，施工困難；機(jī)車后期加裝的機(jī)車車載安全防護(hù) （6A）系統(tǒng)、中國(guó)機(jī)車遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng) （Chinese locomotiveremoteMonitoringand Diagnosissystem，CMD）廠段改造方案不一致，存在電氣安全隱患。在開(kāi)展HXD3機(jī)車C6修高等級(jí)修程的過(guò)程中，迫切需要對(duì)電線路布線進(jìn)行優(yōu)化提升。

2 HXD3機(jī)車電線路布線的優(yōu)化策略

HXD3機(jī)車電線路布線優(yōu)化綜合考慮電氣設(shè)備電磁兼容性 （ElectroMagnetic Compatibility，EMC）、布線可操作性及可維護(hù)性，根據(jù)電纜電壓等級(jí)及電纜用途，對(duì)布線路徑、線路防護(hù)及作業(yè)流程進(jìn)行優(yōu)化提升，創(chuàng)新布線工藝裝備，全面提高HXD3機(jī)車C6修高等級(jí)修程的電線路布線作業(yè)效率及運(yùn)用安全性。

2.1 電線路布線模塊化

模塊化是將一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)分解成若干個(gè)規(guī)模較小的子系統(tǒng)，各系統(tǒng)間相對(duì)獨(dú)立又相互影響。HXD3機(jī)車電線路布線模塊化主要依據(jù)整車電氣功能區(qū)域劃分，對(duì)機(jī)車加裝的各類電氣設(shè)備進(jìn)行整合，將整車電線路布線劃分為：中央走廊地板線槽布線、側(cè)墻線槽布線、頂蓋布線、車體底架布線、司機(jī)室布線等五大模塊。

遵循子系統(tǒng)功能區(qū)域相對(duì)獨(dú)立、各系統(tǒng)間通過(guò)線槽 （管）分級(jí)線束化連接的原則，布線路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，既考慮避免各模塊間布線路徑與設(shè)備間存在干涉以便于后期檢修維護(hù)，同時(shí)又兼顧電纜布線安全隔離滿足布線的美觀性要求；并將各模塊三維立體布線路徑優(yōu)化為多平面線束布線圖，保證現(xiàn)場(chǎng)布線的高效統(tǒng)一[1-3]。

2.2 電磁兼容優(yōu)化

電磁干擾三要素為干擾源、傳輸途徑和干擾對(duì)象，HXD3機(jī)車電線路布線優(yōu)化設(shè)計(jì)主要通過(guò)阻斷電磁干擾傳輸途徑和增強(qiáng)敏感電纜屏蔽性能的方式來(lái)解決電磁兼容問(wèn)題，著力提高控制電纜及通信信號(hào)電纜的抗干擾性能[4-5]。

根據(jù)電纜功率及電壓等級(jí)的不同，將整車電纜劃分為高電壓 （動(dòng)力）電纜、中電壓 （輔機(jī)及蓄電池）電纜、低電壓 （控制）電纜和通信信號(hào)電纜4種類別，電纜分層分束布置于不同的線槽或線道中，不同類別電纜間距符合表1規(guī)定。

表1 不同類別電纜間距 （mm）

如果無(wú)法通過(guò)增加距離實(shí)現(xiàn)電纜間隔分離，則采用金屬編織屏蔽管、整體屏蔽等方式與外部干擾源進(jìn)行隔離。其中易受電磁干擾的通信信號(hào)電纜獨(dú)立敷設(shè)于金屬編織屏蔽管中，將屏蔽層盡可能多點(diǎn)接地，補(bǔ)償屏蔽接地點(diǎn)間電壓差引起的回流。對(duì)靠近大功率器件及敏感信號(hào)源的通信信號(hào)電纜，外套鍍錫銅編織屏蔽網(wǎng)護(hù)套，并將屏蔽護(hù)套接地線固定于接線點(diǎn)附近傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)（如車體金屬底盤），通過(guò)金屬表面反射的磁場(chǎng)抵消電纜產(chǎn)生的磁場(chǎng)。圖1為電纜隔離方式示意圖，分為隔板隔離和屏蔽隔離。

圖1 電纜隔離方式示意圖

2.3 布線工藝創(chuàng)新

電力機(jī)車現(xiàn)場(chǎng)布線是繁瑣而又耗時(shí)的工作，傳統(tǒng)的電氣布線方式已不能滿足和諧型機(jī)車批量C6修的電線路布線需求。在開(kāi)展HXD3機(jī)車C6修的過(guò)程中，對(duì)布線工裝設(shè)備進(jìn)行諸多創(chuàng)新，如根據(jù)電氣設(shè)備安裝位置、布線連接方式及各個(gè)布線模塊間作業(yè)流程，設(shè)計(jì)制作低壓 （Low Voltage，LV）控制電器柜、濾波柜，中央走廊地板布線、端子柜預(yù)布線工裝；重新設(shè)計(jì)上層出線屏柜電線支架及進(jìn)出線路徑，減少機(jī)車高速運(yùn)動(dòng)可能對(duì)電纜造成的損傷。

3 HXD3機(jī)車電線路布線的優(yōu)化措施

3.1 機(jī)械間的電線路布線優(yōu)化

HXD3機(jī)車機(jī)械間不僅有蓄電池充電裝置、濾波裝置、微機(jī)及監(jiān)控柜、主變流裝置、LV控制電器柜等強(qiáng)弱電電氣設(shè)備，而且有制動(dòng)電氣屏柜、空壓機(jī)等制動(dòng)管路設(shè)備。機(jī)械室布線包含中央走廊地板線槽布線和側(cè)墻線槽布線兩大模塊。電線路布線優(yōu)化既要考慮電纜的抗擾度要求，又要設(shè)法減少電纜對(duì)周圍設(shè)備的電磁干擾，這是電線路布線優(yōu)化的重點(diǎn)。

1）HXD3機(jī)車高電壓動(dòng)力電纜集中敷設(shè)于機(jī)械間中央走廊地板線槽，而且機(jī)車后期加裝的6A系統(tǒng)電纜途經(jīng)此處，不同電壓等級(jí)的電纜很難滿足電纜隔離布置的最低要求。電線路布線優(yōu)化時(shí)，首先根據(jù)機(jī)械間電氣設(shè)備布線路徑及功能分區(qū)，設(shè)計(jì)中央走廊地板線槽預(yù)布線工裝，實(shí)現(xiàn)HXD3機(jī)車C6修大線車下預(yù)布線及整體吊裝 （見(jiàn)圖2）；其次對(duì)敷設(shè)于中央走廊地板線槽的6 A系統(tǒng)電纜，外套具有屏蔽、高效抗干擾作用的鍍錫銅編織屏蔽網(wǎng)護(hù)套，提高6 A系統(tǒng)電纜的抗干擾性能。

圖2 高電壓動(dòng)力電纜集中敷設(shè)

2）HXD3機(jī)車低電壓控制電纜及通信信號(hào)電纜集中敷設(shè)于機(jī)械間側(cè)墻線槽，由于電氣屏柜的出線方向均位于柜體上部，因此在布線施工時(shí)不可避免會(huì)發(fā)生交叉接磨。側(cè)墻線槽電纜包括低電壓控制電纜、通信信號(hào)電纜兩部分，布線路徑設(shè)計(jì)時(shí)將側(cè)墻的上線槽敷設(shè)低電壓控制電纜，下線槽敷設(shè)通信信號(hào)電纜；并對(duì)線槽中同一路徑的電纜用隔離塊進(jìn)行隔離捆扎 （見(jiàn)第62頁(yè)圖3）。同時(shí)優(yōu)化機(jī)車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) （Train Control and Management System，TCMS）微機(jī)柜、LV控制電器柜進(jìn)線口處電纜綁扎防護(hù)，設(shè)計(jì)TCMS微機(jī)柜、LV控制電器柜背部電線支架 （見(jiàn)圖3），減少在線運(yùn)行高速運(yùn)動(dòng)造成的線束晃動(dòng)，提高機(jī)車運(yùn)行可靠性。

3.2 司機(jī)室的電線路布線優(yōu)化

HXD3機(jī)車司機(jī)室安裝有控制主令開(kāi)關(guān)、制動(dòng)控制開(kāi)關(guān)及機(jī) （電）務(wù)部門加裝的各類通信信號(hào)設(shè)備，不同類型的電纜相互影響，電磁環(huán)境復(fù)雜。司機(jī)室的電線路布線優(yōu)化主要是規(guī)范操縱臺(tái)電纜布線及防護(hù)，增強(qiáng)通信信號(hào)電纜的屏蔽性能。

圖3 低電壓控制電纜及通信信號(hào)電纜集中敷設(shè)

3.2.1 規(guī)范操縱臺(tái)電纜布線及防護(hù)

借助CATIA軟件對(duì)操縱臺(tái)設(shè)備安裝位置、線槽布置及布線路徑進(jìn)行準(zhǔn)確定位，制作操縱臺(tái)預(yù)布線工裝，實(shí)現(xiàn)操縱臺(tái)車下預(yù)布線、電連接器壓接及屏蔽接地；根據(jù)端子柜電連接器排列及布線路徑，制作端子柜27芯電連接器預(yù)布線工裝，規(guī)范端子柜內(nèi)部線束布線，提高端子柜布接線作業(yè)效率。

3.2.2 增強(qiáng)通信信號(hào)電纜的屏蔽性能

根據(jù)承載電壓不同，將司機(jī)室地板電纜進(jìn)行分離布置、分段綁扎電纜敷設(shè)前，對(duì)易遭受電磁干擾的通信信號(hào)電纜用金屬屏蔽護(hù)套進(jìn)行防護(hù)?？紤]到供電大功率電纜可能對(duì)人體產(chǎn)生的高頻電磁輻射，將其通過(guò)司機(jī)室的部分全部敷設(shè)于封閉的金屬屏蔽軟管中。

3.3 頂蓋和車體底架的電線路布線優(yōu)化

3.3.1 頂蓋的電線路布線優(yōu)化

頂蓋的電線路布線優(yōu)化主要是對(duì)位于頂蓋的6A系統(tǒng)電纜、第三方設(shè)備電纜根據(jù)電壓等級(jí)進(jìn)行規(guī)范，從而保證電纜滿足布線防護(hù)要求，主要措施如下。

1）頂蓋扎線桿全程用剖開(kāi)式尼龍軟管包扎防護(hù)，從而防止機(jī)車高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的晃動(dòng)造成電纜接磨。

2）拐彎處電纜的彎曲弧度控制在90°～120°，分岔處及拐彎處電纜采用扎帶捆扎，保證電纜不與車體及管路部分直接接觸。

3）選用黑色尼龍軟管對(duì)頂蓋電纜進(jìn)行包扎，并在分線處增加T型三通。

3.3.2 車體底架的電線路布線優(yōu)化

為防止惡劣天氣及高速運(yùn)行飛濺石子對(duì)車下電纜絕緣外層造成損傷，車體底架裸露電纜全部外套符合IEC60529防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的尼龍軟管。電纜穿越車體的防護(hù)方式由橡膠電線套管優(yōu)化為無(wú)縫鋼管+橡膠套管。布線時(shí)先將電纜穿入橡膠套管，再通過(guò)無(wú)縫鋼管布至車下各電氣設(shè)備，并用彈性密封膠泥將無(wú)縫鋼管空隙處填滿[6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，中車太原機(jī)車車輛有限公司C6修HXD3機(jī)車已批量交付并承擔(dān)鐵路運(yùn)輸任務(wù)，根據(jù)機(jī)務(wù)段運(yùn)用反饋，經(jīng)過(guò)布線優(yōu)化的HXD3機(jī)車不僅電線路布線更加合理、美觀，提高了機(jī)車的電氣安全性能，而且減少了因電線路布線不良引起的機(jī)破事故發(fā)生，具有推廣價(jià)值。