摘要：城軌車輛的電磁兼容性設計涉及到了總體布局、電路、電氣設備、電氣材料、安裝結構等多個方面，本文提供了一些設計方法和設計思路，為下一步具體的電氣系統設計提供了電磁兼容性設計方案。隨著科學技術的進步、電磁兼容技術的不斷發展，城市軌道車輛電磁兼容設計也必將進入快速發展階段，實現手段也必將更加多樣。
關鍵詞：城軌車輛,電磁兼容,接地屏蔽布線
1.概述
城軌車輛是集高壓、變頻、網絡通信、計算機控制于一體的系統設備，內部采用變頻變壓逆變器(VVVF)調速、異步電動機驅動的交流傳動系統和半導體靜止逆變電源( SIV)等附帶豐富諧波的大功率設備，同時還有大量微處理器對牽引、制動系統進行實時的控制及診斷，并且安裝有車載信號、無線通信和乘客信息等系統。為使車上的各種電氣設備都能正常工作，互不干擾，保護乘客的身心健康，向乘客提供優質服務，電磁兼容已經成為車輛能否可靠運行的一個重要問題，因此，必須將電磁兼容性設計貫穿于整個城軌車輛的系統設計中。
2.電磁兼容的三要素
電磁兼容是設備或系統在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁干擾能力，它包括電磁干擾和抗電磁干擾兩個方面。電磁干擾造成設備性能降級或失效。電磁兼容必須同時具備三個要素：首先是有一個電磁發射源，其次是有電磁干擾敏感設備，第三要存在一條電磁干擾的耦合通路，把能量從電磁發射源傳遞到電磁敏感設備。
在城軌車輛的設計中，既要充分考慮車輛內部設備的抗電磁干擾能力，又要避免這些設備對其它設備造成電磁干擾，為使城軌車輛既能在復雜的電磁環境下可靠的工作，又不對外界環境產生過大的干擾，基本措施是抑制干擾源、切斷電磁干擾的傳播途徑、提高設備和系統的抗干擾能力。在城軌車輛的電磁兼容設計中主要從接地、布線、屏蔽等幾個方面進行考慮。
3.城軌車輛的電磁兼容設計原則
3.1接地設計
合理的接地是最經濟有效的電磁兼容設計技術，是解決EMI問題最廉價有效的方法。良好的接地系統并不會增加整車的成本，它既能提高系統的抗擾度，又能夠減少干擾發射。對于車內弱電系統來說，接地除了泄放小電流外，還用于設定一個基準電位，避免各種耦合干擾。
3.1.1接地方式的選擇
接地可以分為單點接地、二點接地和混合接地3種：1)單點接地是最簡單的，它能夠消除公共阻抗耦合和低頻地環路，使地線上其它部分的電流不會耦合進電路。對于頻率1MHz以下的低頻電路，屏蔽層一端接地能起到很好的效果，所以，音頻和視頻電纜只需在一端接地。2)對于頻率高于1MHz的高頻電路，屏蔽層兩端接地，不論對電場還是對磁場都能起到屏蔽作用。MVB總線傳輸的是快速數字信號，屏蔽層需兩端接地。3)混合接地就是屏蔽層一端直接接地，另一端通過一個小電容接地。小電容接地端在低頻時相當于開路，在高頻時電容阻抗很低，相當于屏蔽層兩端接地。此種接地方法適用頻率范圍寬的電路。
3.1.2車輛接地設計
車輛接地可分為保護接地和工作接地兩大類。
對于保護性接地，列車所有的傳導部件例如轉向架，牽引電機外殼，逆變器箱體等都通過低阻抗的接地連接與車體相連，而車體本身通過接地電纜相互連接，這確保了所有觸碰得到的電氣傳導部件都基本處于零電位，對工作人員來說是安全的工作電位。另一方面，牽引箱、高壓箱、車內電氣柜、電子柜等又是車輛電磁兼容的主要干擾源，考慮到電磁兼容，這些箱體的金屬外殼和車體電位一致可減少射頻干擾。 工作接地是為保證地鐵上電力或電子設備能可靠工作，通過輪軌提供一個線路電流的負極回流，主要包括1500V直流、IlOV直流和380V交流接地。`
3.2布線設計
電纜易受電磁干擾，同樣它也可能成為干擾源。在城軌車輛中1500V高壓回路電纜、電機電纜、制動電阻電纜和輔助逆變器電纜易產生干擾，而MVB電纜、PIS和ATC信號電纜容易受到干擾，IlOV控制電纜既可能受干擾又可能成為干擾源。在城軌車輛布線中應該遵循以下原則：
1)在城軌車輛布線電纜敷設時，所有的電纜均應按電磁兼容性進行電纜類別分類，根據《EN50343-2003鐵路應用一機車車輛布線規則》城軌車輛上電纜可分為表I中的A、B、C三類。
2)屬于各個不同電纜種類的電纜應分開放置，并必須保持表2中的最小間距。
3)輸出線和回流線相鄰鋪設，特別是電源電纜(電機電纜、制動電阻等)。
4)電纜應盡可能靠近車輛地板放置(封閉的金屬電纜管、金屬管道等采用導電連接連接到車輛地板)，以利用其產生的衰減。
5)在各電纜種類的最小間距不能保持的情況下，有必要采用管道、封閉的金屬板、管件等達到分開的目的。
6)C類電纜應總是被屏蔽。
7)當屬于不同種類的電纜交叉，互相成直角時，不要求有最小間距。
3.3屏蔽設計
用屏蔽體將干擾源包封起來，可防止干擾電磁場通過空間向外傳播;反之，用屏蔽體將敏感源包封起來，就可使敏感源免受外界空間電磁場的影響。
在城軌車輛上，屏蔽主要包括敏感設備的屏蔽及電纜的屏蔽。敏感設備的屏蔽主要包括車輛控制單元(vcu)、牽引控制單元(ICU)、智能子站KLIP模塊等微機網絡控制設備的屏蔽。電纜的屏蔽主要包括變壓器電纜、輔助設備的電纜、控制電纜、信號電纜、數據傳輸總線等的屏蔽。對變壓器電纜、輔助設備的電纜進行屏蔽的目的在于防止其對敏感設備造成干擾。對信號電纜、數據傳輸總線電纜等進行屏蔽的目的在于避免使這些電纜受到外界電磁場的干擾。
3.3.1車輛上敏感設備的屏蔽設計
對于敏感設備的屏蔽機箱骨架的設計要注意以下幾點：
1)金屬機箱必須確保其導電的連續性，機箱上所有永久性縫隙，原則上使用焊接方式，且焊縫必須是連續焊接的，各個面對接地點的阻抗應小于0.2Ω。
2)材料必須具有良好的導電性和導磁性，推薦使用鋼板、不銹鋼及鋁板。
3)機箱孔、縫、洞的處理。一般孔徑要小于直徑Smm，對于安裝儀表或顯示窗口所開的孔必須使用透明屏蔽材料或金屬網來進行屏蔽處理。對于用于通風的孔、洞必須用直徑小于Smm的孔陣來代替一個大孔，縫隙間隙越小越好，縫隙的間隙長度應控制在5-7cm。
4)機箱上的接插頭、座應使用金屬外殼，最好選用螺紋式的。
屏蔽機箱內的布線要注意以下幾點：
1)插頭、插座布線亦應該分類布置，同一對線應緊鄰布置，敏感信號應離機箱邊緣Smm以上，以防止靜電干擾，高低壓線之間必須考慮空位隔離。
2)機箱內部布線要以減小傳輸線所圍面積為原則，盡量簡潔，不能迂回，嚴禁將多余的線盤繞在機箱內部。
3)設置各類地線，機箱內應分出電源地，功率地，模擬地，數字地，通訊地，外殼地。電源地，模擬地，數字地，功率地都經一點與外殼地相連。
4)所用屏蔽線，屏蔽層必須接地。
5)枧箱內部布線，也要按整車線纜分類鋪設進行考慮，應盡可能使干擾源線路和敏感電路呈直角布線，以降低耦合干擾。
3.3.2車輛電纜屏蔽原則
電纜屏蔽層的接地可以分為單端接地和雙端以上接地，除對屏蔽層接地有特殊要求的(如音頻線、視頻線、傳感器電纜等)電纜外，一般采用雙端接地且電纜的屏蔽層應可靠接地。對于信號電纜和控制電纜，屏蔽層的覆蓋程度應不小于75%;對于數據傳輸電纜，屏蔽層的覆蓋程度應不小于90%;對于輔助電纜等，屏蔽層的覆蓋程度應不小于85%。
參考文獻：
[1] EN50343.鐵路應用一一機車車輛一一電纜布線的安裝規則[S] .2003.
[2] EN50121-3-1.鐵路應用一一電磁兼容性一一車輛一一列車和整車[S] .2000.
[3]劉鵬程，邱揚，電磁兼容原理與設計[M].北京：高等教育出版社,1993，
作者簡介：程維(1977-).西南交通大學，碩士學位，助理工程師，現就職于南車株洲電力機車有限公司技術中心，從事城軌車輛電氣系統設計工作。
