有軌電車電磁兼容試驗(yàn)方法分析

潘 瑩

(上海軌道交通設(shè)備發(fā)展有限公司,上海 200000)

1 引 言

近幾年隨著城市軌道交通的迅速發(fā)展，地鐵車輛額智能化、信息化和電動化程度越來越高，車輛上的各類電氣設(shè)備越來越多，這些設(shè)備和系統(tǒng)的電磁兼容性成為車輛設(shè)計的關(guān)鍵。未來確保設(shè)備的電磁安全和整車的電磁安全，設(shè)計工作者首先需要對電氣設(shè)備的接地、屏蔽和濾波等設(shè)計進(jìn)行關(guān)注，同時也需要通過試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)備的電磁兼容性能，確保車輛安全可靠的運(yùn)行。本文主要從整車電磁兼容型式試驗(yàn)分析車輛電磁兼容特性，文中分別對有軌電車和城市地鐵進(jìn)行正線的電磁兼容試驗(yàn)，從而更進(jìn)一步了解整車的特性。

整車的電磁兼容試驗(yàn)就是驗(yàn)證整個軌道交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施與列車之間接口的電磁兼容性能。通過驗(yàn)證車輛上所有的電子、電氣設(shè)備有良好的電磁兼容性和足夠的抗干擾能力，在各種運(yùn)行工況和環(huán)境條件下各系統(tǒng)能正常工作，不對車載設(shè)備及其他系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾。同時驗(yàn)證車輛產(chǎn)生的任何電磁場不影響供電、信號等其他系統(tǒng)正常工作，也確保車輛能抵御外界環(huán)境的干擾。根據(jù)EN 50121-3-1：2017標(biāo)準(zhǔn)，整車電磁兼容試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)主要包括如下內(nèi)容：整車整車輻射發(fā)射試驗(yàn)(車輛靜態(tài)、動態(tài))；車內(nèi)磁場試驗(yàn)；噪聲電流試驗(yàn)；軌道信號兼容性試驗(yàn)；靜電放電試驗(yàn)；輻射抗擾度試驗(yàn)；開關(guān)瞬態(tài)脈沖抗擾度試驗(yàn)；計軸天線兼容性試驗(yàn)。

本文主要對上海某條有軌電車車輛的噪聲電流試驗(yàn)和輻射發(fā)射試驗(yàn)進(jìn)行分析，同時與地鐵車輛相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行對比。本項(xiàng)目車輛采用100%低地板有軌電車，走行部為鋼輪鋼軌制式。車輛采用模塊化組裝，包含5個基本模塊，互相之間用鉸接裝置相連形成一輛車，車輛長度大約34 m。正線和車輛段采用架空接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)，額定供電電壓DC750V，網(wǎng)壓變化范圍DC500V-900V。車輛最高持續(xù)運(yùn)行速度70 km/h。車輛運(yùn)行線路最小平面曲線半徑20 m，最小豎曲線半徑350 m。車輛對外通信采用無線通信模式。車輛采用人工駕駛、輔以道岔信號控制和部分道路交叉口交通信號優(yōu)先及車輛定位，特殊地段增加輔助安全防護(hù)功能。

2 方法和過程

2.1 輻射發(fā)射試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)方法和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

150 kHz～30 mHz的輻射發(fā)射(磁場)試驗(yàn)，用環(huán)狀天線作為接收天線，天線正對車輛運(yùn)行/停放軌道，天線中心距離軌道平面高1.5 m，天線面距離軌道中心10 m。測量值單位用dBμA/m表示。參考標(biāo)準(zhǔn)為EN50121-3-1。

車輛靜止?fàn)顟B(tài)試驗(yàn)時，列車的輔助逆變器投入運(yùn)轉(zhuǎn)，同時牽引逆變器上電帶電壓，但不處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。車輛負(fù)載全開，如空調(diào)系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、廣播對講系統(tǒng)等。

車輛低速狀態(tài)發(fā)射測量試驗(yàn)，分為車輛牽引狀態(tài)和制動狀態(tài)。牽引狀態(tài)：車輛靜止在天線垂直側(cè)向前方約20 m開外處，在通過天線的地點(diǎn)時，以最大牽引能力的1/3進(jìn)行加速，達(dá)到約20±5 km/h的速度行駛，待車輛加速駛離天線后，制動停止。制動狀態(tài)：車輛以約20±5 km/h的速度行駛，在通過天線的地點(diǎn)時，以最大制動能力的1/3進(jìn)行減速，直至整車停止。

(2)試驗(yàn)限值

圖1 輻射發(fā)射試驗(yàn)限值

(3)試驗(yàn)設(shè)備及現(xiàn)場照片

該輻射發(fā)射試驗(yàn)設(shè)備以及現(xiàn)場照片如表1，圖2所示。

表1 輻射發(fā)射試驗(yàn)設(shè)備

圖2 輻射發(fā)射試驗(yàn)照片

(4)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 輻射發(fā)射試驗(yàn)結(jié)果(a，b，c，d)

(5)試驗(yàn)結(jié)果

通過對車輛不同運(yùn)行場景下的輻射發(fā)射強(qiáng)度進(jìn)行測試，在30 mHz～1 GHz的頻率范圍內(nèi)，輻射發(fā)射結(jié)果都未超過標(biāo)準(zhǔn)限值，整車輻射發(fā)射試驗(yàn)合格。試驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

表2 輻射發(fā)射試驗(yàn)結(jié)果

2.2 噪聲電流試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)方法和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

車輛高壓線上的噪聲電流騷擾要求在車輛正常工作模式和非正常工作模式下，最大噪聲電流不得大于：在20 s內(nèi)平均10A，在4 s內(nèi)平均12.2A，瞬時值13A。參考標(biāo)準(zhǔn)為EN50121-3-1。

(2)試驗(yàn)設(shè)備及現(xiàn)場照片

噪聲電流試驗(yàn)的設(shè)備和現(xiàn)場照片如表3，圖4所示。

表3 噪聲電流試驗(yàn)設(shè)備

圖4 噪聲電流試驗(yàn)照片

(3)試驗(yàn)結(jié)果

通過對整車的噪聲電流進(jìn)行測試發(fā)現(xiàn)：在牽引動作和制動動作的瞬間，噪聲電流變化較大；同時降級模式(切除1/2牽引)下的噪聲電流大于正常模式的噪聲電流。

噪聲電流的來源主要是列車上的變流器以及線路周邊的變電站、其他車輛以及與鐵軌相連的軌道電路的整流裝置。噪聲電流過大將引起信號系統(tǒng)和供電系統(tǒng)設(shè)備的正常工作，因此信號和供電設(shè)備需要特別關(guān)注整車噪聲電流的影響。

噪聲電流的測試結(jié)果如圖5。

結(jié)果曲線:全牽引全制動20 s1.3864 s2.39A瞬時:2.41A(a)正常工作模式

結(jié)果曲線:全牽引全制動20 s1.89A4 s1.91A瞬時:22.5A(b)降級工作模式圖5 噪聲電流試驗(yàn)結(jié)果

3 分析論證

3.1 有軌電車試驗(yàn)

通過對有軌電車整車輻射發(fā)射試驗(yàn)和噪聲電流試驗(yàn)的試驗(yàn)分析結(jié)果可知：本車輛的輻射發(fā)射量在規(guī)定限值以下，符合標(biāo)準(zhǔn)電磁兼容性要求；本車輛中的噪聲電流與線路中的電話通訊設(shè)施和供電系統(tǒng)之間的電磁兼容性良好，無干擾發(fā)生。

3.2 地鐵車輛試驗(yàn)

地鐵車輛在進(jìn)行整車輻射發(fā)射試驗(yàn)時也分別使車輛處于不同工況下，主要是典型運(yùn)行、全程高速、間歇高速、車輛降級及段內(nèi)工況，同時考慮空載和滿載兩種情況。但在有軌電車輻射發(fā)射試驗(yàn)中考慮到現(xiàn)實(shí)運(yùn)行情況和線路狀態(tài)，試驗(yàn)中沒有考慮段內(nèi)工況和全程高速這兩種工況，首先主要是車輛段的布局不同，有軌電車段內(nèi)線路距離較短且全部為曲線段，無法達(dá)到試驗(yàn)要求的速度；另外在正線運(yùn)行時，有軌電車的線路要經(jīng)過紅綠燈，全程高速無法實(shí)現(xiàn)。

因此在整車電磁兼容試驗(yàn)中需要遵守兩大原則：一是按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行試驗(yàn)準(zhǔn)備和試驗(yàn)設(shè)備安裝；二是試驗(yàn)過程中要考慮實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)的差距，不同類型城軌車輛的運(yùn)行工況有所不同。如果實(shí)際運(yùn)營中不能實(shí)現(xiàn)的工況，在試驗(yàn)中也可以不再考慮。

4 結(jié) 論

本文通過具體的車輛型式試驗(yàn)驗(yàn)證了有軌電車與線路中的電話通訊設(shè)施和供電系統(tǒng)之間的電磁兼容性，確保車輛安全、可靠運(yùn)營。同時詳細(xì)介紹了有軌電車的輻射發(fā)射和噪聲電流試驗(yàn)的試驗(yàn)方法和步驟，為其他車輛的電磁兼容試驗(yàn)提供了指導(dǎo)。

在驗(yàn)證車輛電磁兼容性和試驗(yàn)操作過程中，需要明確線路條件和車輛運(yùn)營模式，在現(xiàn)有測試標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)調(diào)整，最終達(dá)到預(yù)期的試驗(yàn)效果。