中低速磁浮列車車輛布線設計研究

岳 芹 黃小麗

（中車株洲電力機車有限公司 磁浮系統研究所，湖南 株洲412001）

1 概述

中低速磁浮列車作為用于城市運輸的新型軌道交通車輛，最高運行速度在70～160Km/h 左右，采用短定子直線感應電機實現無接觸牽引和制動，通過電磁鐵吸力實現懸浮和導向。磁浮列車與城軌車輛不同，底架空間小而設備多，所以其電氣布線方式也有著自己的特殊性，亟需一套適用中低速磁浮列車的布線設計方法。

2 布線設計研究

布線系統作為列車的“神經系統”，其高中低壓電氣系統的布線設計研究在整車總體設計中至關重要。本文基于對已執行中低速磁浮項目的布線分析研究，從以下幾個方面進行布線設計論述。

2.1 整車布線

磁浮列車整車布線包括車上布線，車下布線和車端布線。其中車上布線分為客室布線、司機室布線，車下布線主要為底架布線，底架布線又根據電路特點分為主輔控電路布線。

2.2 布線設計

磁浮布線設計主要從電纜載流量計算與選型、電氣連接、布線規則、三維布線四個方面考慮。

2.2.1 電纜載流量計算及選型

根據磁浮列車電纜應用的電壓等級和功率，將電纜分為H、A、B、C 共4 類，分類原則如下：

H 類：主電路線纜（指DC1500V 電源線，包括牽引電機電源線）；

A 類：AC380V、DC330V、AC220V 電線電纜；

B 類：110V、24V、15V 電源線、控制線；

C 類：傳感器信號線、MVB、WTB 的網絡通訊屏蔽電纜等。

以磁浮列車的AC380V 的輔助電路為例，進行電纜的載流量選型及計算。

AC380V 輔助電路的額定容量為75KVA。

2.2.1.1 計算Iload（負載電流）

其中校正系數：

k1是用于預期環境溫度的校正系數。因電纜選用(90) 0.6/1kV 電壓等級的電纜，預期環境溫度T 為45℃，根據標準EN50343 的附錄D，所以k1取值為1.0。

k2是用于安裝類型（分組和安裝條件）的校正系數。AC380V輔助逆變器的電源輸出為三根單芯電纜，根據分析該設備出線的路徑規劃，電纜敷設在底架雙層支架的上層。根據標準EN50343 的表2，三根電纜同時在一起裝載，敷設在電纜槽上的一層里，所以k2取值為0.83。

k3是考慮到預測電纜壽命降低的一個校正系數，AC380V輔助逆變器的輸出電纜選用符合EN50264 的動力電纜，在連續最大導線溫度90℃預期使用壽命30 年，故滿足標準電纜預測壽命（100 000h）時，k3取值為1.0。

k4是在操作不連續時考慮到短時電流的一個校正系數，當操作為連續時，該值為1.0。AC380V 輔助逆變器輸出電源為持續工作狀況，所以k4 取值為1.0。

K5是多芯電纜的一個校正系數；適用于單根多芯電纜的每根單獨線芯。當使用單芯電纜時，該值為1.0，AC380V 輔助逆變器輸出電源為三根單芯電纜，所以k5取值為1.0。

根據k1、k2、k3、k4、k5的賦值，以及公式（1）和（2），可得出Icable≥138A。

根據標準EN50343 附錄B 的表B.1，具有90℃最大導線工作溫度的標準墻壁電纜的電流額定值可知，截面積為25mm2的電纜對應的額定載流量Icable=150A, 所以該電纜能滿足AC380V輔助逆變器輸出電源能力要求。AC380 輔助逆變器的輸出電源電纜確定選用25mm2的電纜。

2.2.2 電氣連接

在布線設計中，還要考慮電纜導體兩端的終端連接。電纜端部如果是采用連接器，終端則是采用連接器插針插孔或壓片的端接，如果電纜端部是端子排，終端則是采用接線頭、裸狀端頭或Fot 線環進行端接。不管以哪種方式端接，終端接觸點兩側的載流量不應小于負載的載流量，才能保證電纜導體與載流端子直接的可靠連接。以AC380V 輔助逆變器的輸出電源為例，Icable=150A，根據電纜載流量選型的電纜為25mm2的電纜，連接設備側及電纜終端側的端接方式為接線螺柱（用于供電連接時，每個螺栓連接處的接線端子不超過3 個）。接線頭材質銅接觸面的電流密度不超過1.4A/mm2，鋁接觸面的電流密度不超過0.8A/mm2。

端接的有效接觸面積，公式如下:

其中Sv為有效接觸面積，單位mm2；Dv為止推墊圈外徑，單位mm；dv為墊圈內徑，單位mm。

選用TFB 8-25 的銅質接線頭，由接線頭選型參數表格，可知Dv2取值為294mm2，dv取值為8mm，根據公式（3），可得端接的有效接觸面積Sv≈243mm2。進一步可得銅接線頭端接面可通過的電流I=1.4A/mm2×243mm2，I=340A，340A＞150A。

接線頭端接觸面電流遠大于AC380V 輔助逆變器的輸出電流，所有AC380V 輔助逆變器輸出電纜的端部電氣端接采用TFB 8-25 的銅質接線頭實現電氣接觸。

圖1 接線頭

2.2.3 布線規則

磁浮布線電纜固定間距應視磁浮的特殊性而定，EMC 不同的電纜應盡可能單獨敷設，當敷設無法滿足間距要求時，應盡可能使用金屬套管、金屬隔板、整體屏蔽等措施隔離電纜。在不同種類電纜最小間距無法達到要求的情況下，列車采用雙層支架布置主輔電纜，采用金屬型腔穿線敷設控制及信號電纜，以保證不同電纜之間的安全隔離。常見的隔離方式有：（1）通過金屬擋板隔離，（2）通過選用金屬屏蔽電纜隔離，（3）通過絕緣隔離。布線還需要考慮的一個方面就是固定安裝要求。

圖2 隔離方式

2.2.3.1 雙層支架敷設主輔電路

磁浮列車底架主輔電路采用雙層支架固定電纜。下層敷設1500V 電壓等級的主電路電纜，上層敷設330V、380V、220V 電壓等級的輔助電路電纜。

雙層支架結構，不但可以更好地把不同電壓等級的電纜分開，提高電纜的電磁抗干擾能力，同時雙層支架的中間隔板采用螺栓連接，也便于根據布線電纜的多少進行上下空間的調整。

2.2.3.2 金屬U 槽和橡膠線槽隔離電纜

客室兩側采用U 型線槽（鋁合金材質）布線，U 線槽通過托架固定在兩側C 型槽上，電纜在U 型槽內根據電纜等級分為ABC 三個區域。

圖3 雙層支架

司機室布線則采用司機臺地板左右兩側的U 型線槽以及地板前端的兩個出線孔，出線孔的大小可以由設備接線的多少確定。金屬型腔穿線也是一種布線電纜的方式，在磁浮底架空間有限的情況下，對控制電纜及信號電纜走密閉的型腔也是一種最優的設計。為了避免型腔穿線時對電纜磨損，則根據型腔的截面形狀設計相應的橡膠線槽，便于穿線和避免磨損。

圖4 橡膠線槽

2.3 三維布線

磁浮列車的底架設備布置密而緊湊，而列車的主電路、輔助電路以及大部分控制電路的布線都分布在滑臺橫梁以上，底架地板面以下的區域中，如此有限的空間范圍內，同時考慮磁浮懸浮架模塊的實際運行位移量，為避免與迫導向機構、管路等底架設備干涉，對磁浮列車底架布線的主輔控電路采用三維布線設計將尤為重要。

利用現有三維軟件進行三維布線設計優點如下：（1）全面分析底架布線與布管、迫導向鋼絲繩、其他設備的干涉問題。（2）三維布線便于確定合適的電纜余量，減少電纜的浪費，節約成本。（3）三維布線便于接口核對與檢修可操作性分析。

結束語

在中低速磁浮列車布線設計中，電纜和電氣連接件選型是基礎，正確合理的布線路徑選擇是核心，三維布線設計是有效手段，三者有機結合將會更容易解決底部空間狹小、電磁兼容以及電纜與相鄰設備干涉問題?？傊?，列車布線不可小視，可靠的布線設計將為磁浮列車穩定安全運行奠定良好的基礎。