淺談電力蓄電池牽引車電磁兼容設計

王坤

（中車大同電力機車有限公司，山西 大同 037038）

電力蓄電池牽引車采用接觸網DC1500V、牽引蓄電池DC800V 供電，主傳動采用“直-交”方式、IGBT 元件組成的變流器、異步牽引電動機、大功率牽引蓄電池；采用微機網絡控制系統。微機網絡等極易受電磁干擾的影響,一旦發生電磁兼容問題，極難查找問題根源，改造起來非常困難。本文以電力蓄電池牽引車為例，討論電磁兼容的預防性設計。

1 電磁兼容的基本介紹

電磁兼容就是指在電磁環境中，設備或者系統在正常工作時不會受到環境中任何事物的影響，也不構成對電磁的干擾能力。也就是說，電磁兼容要求系統和設備在同一電磁環境內，所有的設備均能保持正常運行，而且各設備運轉時不會受到其他設備的干擾，達到設備運行的兼容狀態，電磁兼容就是為了解決電磁環境中出現的干擾問題。在實踐過程中，由電力蓄電池牽引車產生電磁干擾的三要素及其關系如圖1所示。

圖1 電磁干擾的關系模型

通過對電磁干擾關系模型的分析發現，產生電磁干擾的重要原因，可以分成三種，一是干擾源，二是耦合路徑，三是敏感設備，因此，為了解決電磁干擾問題，需要從這三方面入手，徹底解決這三方面的問題或其中某一方面問題，便可實現電磁干擾的解除。

2 電力蓄電池牽引車電磁兼容設計

2.1 蓄電池牽引車原理圖的電磁兼容設計

近年來，科學技術不斷發展，在電力機車上交流傳動技術普遍應用，而且也取得了良好的效果。針對大功率的主變流器，要保證較高頻率的高電壓和大電流開關轉換。電壓、電流的變化概率都非常大，一是由于大功率的元器件屬于非線性，勢必會受到牽引電流從而產生諧波；另一方面，在出現大的di/dt 和dv/dt 變化時，也會有較強的電磁干擾性。如圖2 為電力蓄電池牽引車EMC 原理框圖。

圖2 EMC 原理框圖

2.2 蓄電池牽引車設備布置的電磁兼容設計

要想實現電力機車的電磁兼容，就要確保電力機車設備有科學的布置，通過良好的設備布局，不僅能夠減少設備在運行時出現的干擾，還可以有效減少干擾源的布線長度。在讓外發射干擾能力降低時，便可讓整個電力機車的電磁兼容性能得以提升。車下電磁敏感設備如車感線圈、自動過分相車感器、速度傳感器接線盒等布置位置應遠離機車主變壓器、牽引電機等電磁干擾源。

車內設備布置在考慮重量分配和功能集中的同時，應重點考慮電磁兼容性。

（1）電磁敏感設備如通信設備、信號設備、監控設備、微機網控設備，布置位置應遠離變流柜等電磁干擾源。

（2）縮短易產生電磁干擾的設備間連接電纜距離，如主變壓器到變流柜、變流柜到各牽引電機、輔助變流柜到低壓柜等。

2.3 蓄電池牽引車整車布線電磁兼容設計

實現整車電磁兼容，合理布線是一個重要的措施。根據機車電壓等級和作用，機車用電纜基本分為A、B、C 三類，見表1。

表1 EMC 電纜類別

根據標準EN50343 的相關規定，表1 中不同類別電纜的鋪設及其最小間距應滿足表2 要求。

表2 不同類別電纜之間的最小間距

蓄電池牽引車采用中央預布線、高處預布線等布線方式，其中中央線槽放置在機車車體臺架上，主要布置主、輔動力電纜和蓄電池引線（A 類和B 類）。

高處線槽放置于機械間側墻上，主要布置控制電纜和信號電纜（B 類和C 類）。高處線槽采用雙槽結構，一槽布置控制電纜、110V 電源電纜，另一槽布置信號電纜，并在信號線槽上加蓋板。

以下為電力蓄電池牽引車布線的EMC 原則：

（1）屬于不同類別的電纜應分開布置，電纜之間盡量保持表2 中建議的最小間距；當不同類別電纜之間最小間隙不能保證的情況下，（尤其是A、B 類相對C 類電纜的間隙，且與C 類電纜存在平行），必須用金屬屏蔽護套、密封金屬線槽等將A、B 類進行屏蔽、隔離。（當電纜直角交叉布置時，可不考慮最小間隙）。

（2）利用衰減效應，電纜應盡量鋪設在靠近車體地處（封閉的金屬線糟、金屬導管等均通過接地線與車體地相連）。

（3）牽引電機回流線應與電機電纜平行相鄰鋪設。

（4）網絡線、信號電纜必須使用滿足電磁兼容要求的連接器。數據電纜在設備與設備之間應無打斷、轉接。控制電纜和信號電纜應分別通過單獨的連接器連接。

2.4 蓄電池牽引車電氣屏柜電磁兼容設計

電器柜是機車線路和各設備安裝的重要載體，在電壓等級不同時，各類設備運行形成了相對復雜的電磁環境。為了降低各設備運行之間受到的電磁影響，需要確保各設備有較強的運行穩定性，對機車屏柜做出電磁兼容性設計是達到這一要求的基本操作辦法。通過合理的電磁兼容設計，保障整個電力機車運行的安全可靠。

2.4.1 柜內設備布置的EMC 設計

在電磁兼容設計中，電器柜各設備的科學布置有重要作用，通過科學的設備布局，能夠降低在電壓不同時各設備運行受到的干擾，同時也能夠讓電纜的布線長度適當縮短，減少電纜之間的相互交叉，進而降低設備之間的干擾，保障產品運行有較強的安全性和可靠性。為了達到電磁兼容效果，需要針對不同的電壓等級作出相應的隔離處置，在設計過程中，也需結合設備運轉要求和運行能力的不同，對各設備布局進行科學分配。

電力蓄電池牽引車低壓電器柜主要設計安裝接觸器、斷路器、繼電器、電源模塊、接地電阻、中央控制單元、網關單元、RIOM 輸入輸出單元、電壓表、轉換開關及按鈕開關等電器設備。

電氣柜內的各運行設備可以通過編織線實現與柜體接地的連接，進而滿足電氣設備運行的接地要求，并且針對不同的電壓等級，在設備區域內進行屏蔽隔離處置設施設置，避免在不同等級電壓下出現各設備運行之間的電磁干擾。

2.4.2 柜內布線的EMC 設計

低壓電器柜線纜整體分為兩大類：380V/220V 電纜、110V/24V/12V 電纜，為避免不同電壓等級電纜之間的電磁干擾，分兩個出線口進出線，380V/220V 電纜從左側底部出線口進出，110V/24V/12V 電纜通過右側頂部連接器進出線；柜體內部設備周邊都焊有扎線板，便于走線。其中功能分區后，左右側柜體之間的連接電纜從柜內頂部或柜內底部走線，布線時要求將線束分開成若干小線束并列布置，而后再根據需要合成大線束走線。

3 結語

電力蓄電池牽引車在設計過程中對電磁兼容進行預防性設計，統籌協同不同模塊的電磁兼容，在操作過程中，嚴格履行制定的標準和規范，并對線路進行考核，設備運行狀態良好，未出現電磁干擾現象則證明整車布局合理，電磁兼容效果良好。