浅谈和谐型电力机车上的“干扰”

浅谈和谐型电力机车上的“干扰”

王建强

中国铁路北京局集团有限公司设备监造部 100089

摘 要：干扰是目前电力机车研究和生产所面临的一个重要课题。文章归纳了电力机车上存在的电磁干扰现象，并结合部分实例给出了抑制电磁干扰的措施。

关键词：电力机车；电磁干扰；抑制干扰；屏蔽电缆；接地；

0 引言

目前，和谐型机车上大量采用微机控制的牵引传动装置，有集中式微机网络控制，例如HXD3C机车，有分布式微机网络控制，例如HXD3B机车；日益增多的电子设备带来了许多电磁干扰源和敏感器。如变流模块，其具有较高的开关频率，功率模块具有较高的干扰电势，强化了传导干扰和辐射干扰。另外，电力机车机械间内设备安装空间紧凑，使功率器件与微机控制设备、机车通讯系统、机车信号装置距离很近，使得干扰源与敏感器之间路径较短，大大增加了干扰的机率及敏感度。而电子器件制造技术的发展又降低了电磁干扰的阈值，如HXD3B机车AMP模块、6A系统等音视频模块，集成的电路芯片较低的供电电压降低了内部噪声门限，而其精细的几何尺寸在很低的电平下就会受到电弧损坏。怎么能尽量减小干扰，保证数据与微机通讯间正常传输变得尤为重要，怎么保证微机不误报、各信号、通讯设备正常工作成为电力机车研究和生产所面临的一个重要课题。本文即对电力机车常见干扰现象进行归纳，并结合实例列举了一些常用的抑制干扰的措施。

1 电力机车存在的主要干扰

（1）突发性干扰。电力机车主断路器等机械触头快速通断会产生干扰脉冲开关上的感性负载和馈电线上的电感使触头上的电压陡峭升高，导致电火花，然后熄灭。这一过程可能在几毫秒时间内重复出现成百上千次，一直持续到触头完全断开或闭合，不出现闪络电压为止。如果这样的脉冲侵入数字电路，装置内部将不可避免地受到干扰。机车在过分相区时容易出现由于干扰造成的电路故障正是由于突发失干扰。

（2）浪涌式的干扰。其主要表现是主电路、辅助电路回路中电气部件迅速断开而产生的高能量的电压和电流脉冲。若迅速断开极大的电流 (例如熔断器烧断)，引入线上的电感会产生一个蓄能量较大的电压或电流脉冲，导致损坏电器部件。这种浪涌式的干扰脉冲主要是电耦合传播给馈电线的。

（3）辐射干扰。辐射干扰主要是由无线电广播、电视发射台、手机和移动通信设备产生的强电磁场，磁场强度与距发射台的距离有关。同样，机车电线路、电子和电气部件产生的电磁场也会干扰6A音视频显示、微机通讯数据传输和各种天线信号接收与发射，影响其接收质量。

（4）电感性传导干扰。机车上的牵引驱动系统产生的脉冲电流以及由变流器电容性耦合到接地系统的杂散电流，都会在钢轨中和机车转向架及车体中产生磁场。原则上这种磁场会干扰所有电感性工作的通信和信号系统。

2 干扰的敏感点

根据和谐型电力机车实际应用情况，总结HXD3系列机车主要干扰的敏感点主要包括微机网络控制系统（各种偶发性故障的报警）、6A音视屏终端画面不清晰、无线通讯电台通讯波动。

3 抑制干扰的具体手段

（1）优化接地。

屏蔽层的接地方式直接影响到屏蔽效果。采用有效的电缆屏蔽措施，不仅可以抑制电缆内部干扰信号对外部的电磁发射，大幅降低系统辐射发射，减少对周围环境的电磁污染，防止信息泄露，而且可以隔离外部空间的辐射照射、传导干扰或电缆附件电气设备对电缆的串扰，提高系统抗扰度，避免通信失效、传输误码及噪声增大等。电缆屏蔽层的接地方式有多种。对于不同的信号，只有采用适宜的屏蔽层接地方式，才能达到电磁兼容的目的。屏蔽层常用的接地方式有单端接地法及双端接地法等。屏蔽电缆长度在所传输与接受信号波长的 1 / 10 左右，则采用单端接地；屏蔽电缆过长且接受与传输信号高时，应采用双端接地，接地点要近似同一平面，阻抗低，接地点到金属面的引线尽可能缩短，防止阻抗增大，形成电势环流更大程度上影响信号传输和接收。在机车运用过程中，接地的优化至关重要，例如：HXD3机车6A系统的加装改造，通讯线路在机械间内与机车主、辅电路布置在一起，为了减少大电流的干扰，使用金属屏蔽网对通讯线路进行了包扎，有效减少了大电流对通讯的干扰；在司机室后墙的6A视频通讯线也使用金属屏蔽网管进行了包扎，减少了空调380V电源对数据传输的干扰，彻底解决了6A显示屏花屏的问题。

（2）屏蔽材料及外壳屏蔽优化。

根据屏蔽电缆等效电路的基尔霍夫公式：

屏蔽电缆截止频率越小，地线干扰对负载的影响越小，因此Rs 应尽量小（屏蔽层等效电阻阻值），L应尽量大（电缆屏蔽层与芯线的互感），即芯线与屏蔽层中心点尽量重合并贴近，以形成较大互感。所以屏蔽材料以及屏蔽线的工艺质量对干扰的降低尤为重要；除了屏蔽材料外，外壳的屏蔽也非常关键。屏蔽效能及其产生的衰减与干扰的频率、干扰源与屏蔽体的距离 、屏蔽体的厚度以及屏蔽的形状等有关。对于电磁干扰，屏蔽作用体现为：入射波的一部分在屏蔽体的前表面反射，一部分被吸收，另一部分被透射。屏蔽外壳上通风孔、盖板、观察孔等都会破坏屏蔽的完整性。举个实例，HXD3B型机车高压电器柜存在着AMP模块受高压电缆干扰问题，通过在柜体上方加装盖板，补强屏蔽外壳，抑制干扰效果显著。

（3）布线分层分区。

和谐型电力机车上采用的电缆种类较多，有大功率主电路电缆、辅助电路用电缆、控制电缆、信号线、通讯线、数据总线等各种功率等级和用途的电缆。而且，由于电力机车空间和结构的限制，致使功率等级不同、用途不同、载流频率差异较大的电缆靠得很近。因此，线缆布置及走向的设计对电力机车的电磁兼容性影响很大，电力机车布线主要按以下要求进行：

①尽量按不同的功率等级、用途把机车电缆进行分离。如将主电路线、辅助电路线、110V电路线、±24V电路线、数据总线、信号线分布不同的线槽。目前，部分机车做到了主、辅、控电路布线的分离，像HXD3C型机车，主电路及辅助电路在机械间中央线槽进行布置，控制线路与通讯线在侧墙不同线槽进行布置，高压电缆则在侧墙远离通讯线地方独立布置。

②对有关布线采取屏蔽措施，如在无法分离的各种类电缆交叉时，采用防护材料如金属屏蔽网管、包塑金属网管等进行屏蔽隔离，对于信号电缆、通讯电缆、数据总线采用屏蔽电缆线。

③对于易受干扰的电路布线，应远离干扰源，如辅助变流器、主变流器输出电源电缆。

（4）其它措施

电力机车电磁兼容方案还有其它许多措施，如机车原设计时加入了滤波装置，将一些波动较大的电磁干扰过滤掉；有些机车采用分布式微机网络，在电磁干扰较强的空间采用了光纤通讯，避免由于干扰导致的数据传输问题。

4 结语

随着电力机车的发展，怎么抑制和消除干扰问题越来越重要，我们在机车设计时应该将电磁干扰重点考虑，在机车高级修时将由于干扰引发的故障尽量优化解决。我们应该汲取更多的经验教训与总结，大胆探索，勇于创新，采取更加有效手段来解决电磁干扰问题。

参考文献：

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[4]闵建军，杨德勇 机车电缆屏蔽层接地分析与仿真 大功率变流技术，2015.01

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