軌道交通中的電氣自動化布線原則及施工技術

劉昊杰

西安交通工程學院 陜西省西安市 710000

在國家實施低碳經濟的趨勢下，由于軌道交通具有安全、可靠、綠色、環保、節能等優點，我國城市軌道交通呈現出快速發展勢頭。路網迅速擴大，產品技術不斷提高。集成系統、軌道交通運營向網絡化、自動化方向發展，由于對道路安全的需求不斷增長，軌道交通對交通系統的安全負有重要責任。因此，保證地鐵車輛的安全可靠性和易維護性成為地鐵車輛布線過程中的重要研究課題。根據國家相關標準和法規的要求，需要遵循可靠性、經濟性、安裝維護正確、最大內部空間和均勻重量分布的原則為電氣自動化布線提供了合理性和科學性施工標準。本文主要對軌道交通中的電氣自動化布線的基本原則和施工技術方面的要點進行分析，希望能為優化軌道交通電氣自動化提供有益的建議。

1 軌道交通對電氣自動化技術的需求

軌道交通系統在現代城市的建設和發展中發揮著重要作用。如今，越來越多的城市在向現代化推進和發展的同時，對軌道交通系統的自動化水平提出了更高的要求，大致體現在以下幾個方面：（1）城市軌道交通系統覆蓋范圍廣，里程從10 公里到100 公里不等，間隔設置數十個車站。如果要完成全線的電氣自動化控制，就需要建立一個有站的區域網絡，對各站設備的運行情況進行監控，同時需要將全線系統集成在加強科學監測和管理。（2）與農村相比，城市生活節奏快得多，人們的生活和工作要求高效率、快節奏。因此，潛在的延誤或堵塞將影響高速城市運行，可能無法滿足城市發展的需要。因此，軌道交通電氣自動化技術必須滿足高可靠性、快速穩定運行的需要。（3）城市軌道交通系統具有公共利益和公共利益。實際用戶數量龐大，系統構建復雜。因此，相關電氣自動化技術必須達到一定的安全性和可靠性，有效保障用戶生命財產安全，避免各種隱患的發生。（4）現代城市軌道交通建設運營體系包括多部門、多專業協同，移動電子技術還必須具備一定的綜合管控功能，能夠有效協調不同部門的規劃管理，具有實用性和可持續性。貫穿全系統交通，保障系統安全穩定，保障人員轉移便捷高效。

2 分析軌道交通電氣自動化布線的基本原理

2.1 遵循安全可靠的原則

一般來說，軌道交通的類型是動力分散式車輛。保障乘客安全是分散式車輛電氣自動化布線過程中的重中之重。因此，在目前的設計過程中，必須安裝適當的安全設備以確保乘客的安全。電纜等級必須高于BS6853-IB，滅火器以及相關防火設備的規格必須符合國家標準和行業要求。根據目前軌道交通的建設經驗來說，軌道交通使用的電線電纜至少需要能耐受125°的溫度。同時，從材料上看，最好使用阻燃性低的無鹵低煙電纜或無鹵低煙耐火電纜。電纜束與加熱設備之間必須保持足夠的距離，高壓電力線的絕緣也必須符合相關標準的要求。即使設備受到強烈的沖擊和移動，也不會影響軌道交通的運行以及相關設備與乘客的安全。此外，應針對不同類型的設備采取防釋放措施，以保證軌道交通運營的可靠性和安全性。

2.2 遵循最大化室內空間的原則

軌道交通線路和設備的安裝還必須考慮最大化車輛剩余空間并為乘客創造最大的活動范圍。在具體的布線過程中，除了要考慮到噪音的大小與乘客的視覺感受外，還要考慮到是否便于司機操作。比如需要須知一些容易檢查與查看的信號與儀表等儀器。對于城市軌道交通來說，布線、電纜校正、絕緣電阻、管槽、電纜連接、線號打印都是要考慮的事情。在布線的具體過程中，無論哪個過程出現問題，都會影響整車的運行安全。

2.3 遵循等重原則

據了解，在同一單元中，雖然車輛的類型不同，但承重重量是相同的，有利于軌道交通的制動力與牽引力的共同實現，保持車輛運載過程中的平穩與安全；在同一軌道交通中，應采用對稱分布，即遵循平均重量分布的原則，有利于減少或抑制承重偏移現象的概率。

2.4 遵循易安裝、易維護的原則

由于可控性好，模塊化布置常用于軌道交通電氣自動化布線施工過程中。同時，軌道交通運營中必須使用的設備很多，不同類型的設備使用壽命、故障概率、運行與其維護的要求標準都各不相同，所以在布線過程中需要預留維修空間。比如后續維修使用車輛的基本電路、信號控制電路、輔助控制電路等，還可以設置多個故障報警，在發生故障時及時發出告警，及時處理故障，避免事故和嚴重損失。

3 軌道交通電氣自動化布線施工技術要點

3.1 完全遵循電氣自動化布線的模塊化理念

模塊化的想法是將一個復雜的系統分解成幾個較小的模塊，它們之間幾乎沒有融合。模塊化的理念貫穿于電氣自動化布線的整個布置周期。從設計到技術再到生產，甚至延伸到市場開發和售后服務階段。每個連接部分都可以考慮進模塊化，防止重復工作，同時促進各種功能的標準化，最終降低成本，提高效率，便于后期的維護和更新。電氣自動化布線的模塊化理念最顯著的特點之一是將工作的兩個基本要素分為線束化和功能區劃分。

功能區越獨立，區域間的安裝、測試、維護等在這方面的相互影響就越小。線束化避免了預裝工作、車身生產、初步安裝等不同緩解分相互影響，以及不同功能區域之間的主要負載和布線相互作用的影響。電氣裝置的功能區劃分應與機電設計相結合，除大型獨立設備（如變頻器、空調等）外，高壓箱、低壓箱和后電柜之間的區域也要進行明確劃分。并且各區域內部連接相對獨立，每個功能區域都連接到分類在車輛接線插座中的線束。在電氣設計階段，必須仔細考慮此程序，不僅適用于系統（例如牽引系統、制動系統、車門控制系統等），還適用于某些區域（例如駕駛艙欄桿、兩個客艙、汽車低壓油箱），元件空間位置的合理定義直接影響不同電力區域的獨立性，進而影響布線模塊化的效果。線束化設計需要兩個重要的輸入：一個是每個組件的連接器和接線端的空間位置，另一個是連接表（包括電纜編號、電纜兩端的設備和引腳編號信息）。根據這兩條信息，考慮避免布線路徑的干擾，同時考慮布線的美觀和節省材料，這樣就可以設計出布線的三維線束；根據國內生產的需要，將電源線的三維封裝擴展為平面圖。畫出線束模板的接線圖，線束制造人員只需要根據線束模板的圖紙加工合格的線束，不需要依賴機器，加工出來的線束的耐用性也很好。線束模板圖示例如圖1 所示。

圖1 線束模板圖設計樣例

3.2 熟悉電氣自動化布線的電磁兼容性

隨著與軌道運動相關的功率能力的增加，軌道交通的電磁環境變得更加復雜，在設計電氣自動化布線時需要了解電磁兼容性。

根據經驗，干擾的存在對象、干擾源和傳播方式是電磁干擾的三要素。以電磁干擾的形式影響正常運行，但在大多數情況下，其他兩個元件無需布線即可放置。為了減弱或中斷EMI 傳輸路徑，必須對電纜進行分類和保護。

屏蔽可以分為兩個例子：一是避免自有電纜受到外部干擾，如低壓信號線；另一種避免干擾外界的方法，例如牽引電機和其他電線。該屏蔽方法可以使用線槽、軟金屬外殼或電氣系統本身自帶的屏蔽保護層來實現。保護接地的質量直接影響電流屏蔽的效果，以及技術設計的復雜程度。一般來說，應該使用單點接地來干擾對傳統信號敏感的電纜，因為多個接頭之間的差異會導致屏蔽電流。電流在電纜上產生感應電動勢，使電纜內的信號失真（見圖2）。對于短波較長的高頻信號（通常考慮電纜長度為波長的0.15 倍），應采用多點接地，以降低屏蔽層的天線效應。高頻電子設備的屏蔽體（盒）必須用金屬編織物接地。因為頻率越高，集膚效應越大。金屬編織物具有更大的表面積，因此對高頻信號的抵抗力更小。

圖2 兩點接地對信號影響示意圖

3.3 需要克服的安全問題

城市軌道交通是一種載人交通工具，除了設備安全的考慮，操作人員、維修人員和乘客的安全也必須得到充分考慮。從乘客安全的角度考慮電氣布線，必須考慮火災和電擊風險。起火原因是電纜過載、發熱和短路。電纜過載會引起火災，即使沒有立即發生火災，也會加速電纜絕緣層的老化。解決電纜過載問題，需要確定工作電流的大小、預期的環境溫度、敷設種類、使用壽命、連續運行時間等因素，根據以上的因素出現情況可以明確等效電流Ic 的數值。Ic=I／（k1·K2·k3·k4）式中：k1 是環境溫度的修正系數；K2 是敷設種類的修正系數；K3 是電纜壽命修正系數；K4 是中斷運行時的短期電流修正系數（連續運行時K4=1.0）。比較公式和表格時，可以根據當前狀態查看表格，得出K1、K2、K3、K4 的值。一旦確定了Ic 值，根據相關標準參考表，電纜面積可用四舍五入法確定。如果電纜面積足夠大，可以有效避免過熱。電線短路通常是由于連接斷開或電纜絕緣層損壞，連接斷開也就是字面意思，本文不多做詳細描述。電纜絕緣層損壞的三個原因：割傷、應力和老化。尖銳的金屬邊緣或尖角與電氣邊緣層直接接觸，或電纜未固定好使用，電纜絕緣層會被割斷，造成電纜絕緣層與車輛運行過程中的困難物體發生摩擦導致割傷。這需要對延伸部分的設計采取合理的方法，在某些情況下避免與金屬角直接接觸，如果實在避無可避，可以考慮在金屬邊角處添加橡膠墊等墊子。此外，應仔細檢查線束是否固定，以確保線束的固定程度，不會與其他固體摩擦導致線束損壞。電纜的絕緣應力主要是由于電纜的彎曲或拉伸，每一種電纜都有自己的彎曲最小半徑。設計線束轉彎時，必須考慮線束上每根電纜的最小彎曲半徑。為了考慮拉伸和溫度下降等安全因素，必須改變線束長度。在電氣布線設計中，保護接地是關鍵。對于城市軌道交通來說，保護接地其實就是等電位連接，即將外露的隨行件（如設備的金屬盒）與有線車輛的車身相連，以保持外露的隨行件與車體之間的等電位。通常，保護接地和電磁兼容性（EMC）被一起考慮。在極少數情況下，應單獨考慮保護接地，以避免因高壓設備的感應或放電而導致合閘負載造成人身傷害。

4 城市軌道交通自動化發展趨勢

對于傳統的城市軌道交通來說，電氣自動化技術的引入無疑取得了質的提升。電氣自動化技術的全面集成也是未來軌道交通發展的方向之一，指出了電力自動化技術在軌道交通中的應用方向。（1）電氣自動化技術在軌道交通中的應用將越來越廣泛，這也將推動更加智能的城市交通系統的發展。（2）電氣自動化技術將朝著更加集成化、開放化、綜合化服務的方向發展。目前，在全球范圍內，電氣自動化技術的發展越來越迅速，包括通信領域、光學技術領域和生物領域等的發展，都推動了自動化技術的進步。進行更全面的技術開發，開發高度集成化的管理。未來，地鐵和電軌監控技術將通過地下和地面信息平臺逐步發展，為用戶提供更大的系統、更全面的服務體驗。（3）自動化新技術應用更加廣泛，提高生活質量和文明水平。自動化的快速發展進一步促進了其在各個領域的廣泛應用，進而推動電氣自動化技術向高科技、高智能化的更高方向發展。城市軌道交通系統進一步引入電氣自動化技術，將為自動化技術帶來更多發展機遇。

5 結語

綜上所述，隨著社會的進步，軌道交通的重要性與日俱增。同時，科技的發展也為改善軌道交通奠定了良好的基礎。本文主要從電氣自動化布線的模塊化思維、電磁兼容和電氣自動化布線安全的角度分析軌道交通電氣自動化安裝的三種方式，研究軌道交通電氣布線自動化的原理，希望提供相關的研究和實踐，為相關項目順利推進提供有效借鑒和參考。