高速動(dòng)車組運(yùn)行機(jī)制復(fù)雜,對電磁兼容性提出了更高要求?;陔姶怒h(huán)境對高速動(dòng)車組的影響,將傳感器信號線和車底高壓輸電線組成仿真系統(tǒng),從串?dāng)_電壓、串?dāng)_耦合系數(shù)等因素全面開展了電磁兼容技術(shù)仿真分析。分析結(jié)果表明:電磁干擾主要發(fā)生于10 MHz以上,其中在41 MHz附近最大,且隨著信號線長度的增加而增大。以上技術(shù)參數(shù)對高速動(dòng)車組行車安全和高速鐵路運(yùn)營有借鑒意義。
高速動(dòng)車組是集網(wǎng)絡(luò)通信、高壓、變頻、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)于一體的系統(tǒng)設(shè)備,內(nèi)含多種電纜線束和電子設(shè)備,不僅含有大功率輻射信號源,也存在高靈敏度通信設(shè)備和傳感器。在強(qiáng)弱電信號相互交織的空間內(nèi),高速動(dòng)車組電磁兼容性要求更高,有針對性地開展技術(shù)分析至關(guān)重要。
1 高速動(dòng)車組電磁環(huán)境
高速動(dòng)車組作為集網(wǎng)絡(luò)通信、高壓、變頻、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)于一體的復(fù)雜設(shè)備,內(nèi)部布局非常緊密,尤其是電纜敷設(shè)密度較高,而大部分設(shè)備的電磁兼容問題都是電纜故障引發(fā)的。車載電纜具有高效的電磁波接收及輻射天線,不僅為有效傳導(dǎo)形成了良好條件,也混入了干擾傳導(dǎo)。在高速動(dòng)車運(yùn)營過程中,傳感器大部分時(shí)間都在采集信號,形成了電磁干擾污染。據(jù)京廣線2012年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),發(fā)生的115次故障大部分是由傳感器傳輸信號電磁干擾引起的。此外,高速動(dòng)車組在電氣化的鐵路線路上運(yùn)行,也導(dǎo)致其電磁環(huán)境非常復(fù)雜。電磁環(huán)境干擾包含內(nèi)部干擾和外部干擾兩部分。內(nèi)部干擾包含設(shè)備內(nèi)部的元件發(fā)熱、大功率和高電壓部件產(chǎn)生的磁場、電場耦合對其余部件產(chǎn)生的影響等;外部干擾包含高壓接觸網(wǎng)、移(動(dòng))電話、手提電腦、空間電磁波、牽引電路、自然雷電沙暴等。高速動(dòng)車組電磁環(huán)境同時(shí)也會對外部環(huán)境產(chǎn)生干擾,例如,電磁波對帶有心臟起搏器的人產(chǎn)生的影響,以及對無線電通信造成的影響等。
2 高速動(dòng)車組電磁兼容技術(shù)仿真分析
仿真選擇基于CRH2研發(fā)的CRH2C動(dòng)車組,時(shí)速達(dá)到250 km。作為新的系統(tǒng),必須做好電磁兼容性設(shè)計(jì),確保各個(gè)部件滿足最(理)想的布局要求。
2.1 仿真模型
按照CRH2C動(dòng)車組的傳感器信號線布線方式、高壓輸電線布線方式,建立車底高壓電纜同轉(zhuǎn)向架傳感器線纜之間的相對位置,具體如圖1所示。兩根電纜距地面的距離分別為h1、h2,車底高壓輸電線半徑和傳感器信號線半徑分別為r1、r2。此外,車底高壓輸電線屏蔽層半徑和傳感器信號線屏蔽層半徑分別為r1p、r2p,兩導(dǎo)線的中心間距為d。在仿真系統(tǒng)中代入工程應(yīng)用參數(shù),即可開展仿真分析。
2.2 仿真分析
2.2.1 傳感器信號線上的串?dāng)_電壓
設(shè)高壓輸電線上的騷擾電壓幅度為25 kV,隨著電源工作頻率的變化,受到干擾的傳感器信號線上的電壓曲線如圖2所示。可以看出,信號線在41 MHz頻率附近出現(xiàn)最大的干擾電壓,其幅值為925 V;在10 MHz、20MHz及30 MHz等位置也會有較大的干擾電壓出現(xiàn)。
2.2.2 頻率對串?dāng)_耦合系數(shù)的影響
如果頻率低于10 MHz,串?dāng)_耦合系數(shù)最小為-190 dB,最大為-95 dB,對應(yīng)于串?dāng)_感應(yīng)電壓最小值7.9 μV和最大值0.445 V。處于50 Hz的市電時(shí),串?dāng)_耦合系數(shù)為-168 dB,對應(yīng)于串?dāng)_感應(yīng)電壓99.5 μV。結(jié)合圖2和圖3的分析,表明高壓輸電線的干擾主要發(fā)生于10 MHz以上。
2.2.3 信號線長度對串?dāng)_耦合系數(shù)的影響
串?dāng)_耦合系數(shù)總體上隨著傳感器信號線長度的增加而增大。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)指出,導(dǎo)線間部分參數(shù)的增大也會導(dǎo)致串?dāng)_電壓增大。所以,并行信號線長度應(yīng)盡量減小,實(shí)現(xiàn)串?dāng)_的合理控制。
3 結(jié)語
隨著時(shí)代的發(fā)展,高速動(dòng)車組的應(yīng)用越來越廣泛,電磁兼容問題也越來越突出。所以,本文就高速動(dòng)車組電磁兼容仿真技術(shù)進(jìn)行了分析,得出結(jié)論包括:部件設(shè)計(jì)時(shí)要求布局科學(xué);在高壓輸電線周圍要設(shè)置屏蔽設(shè)施;最(大)程.度減少并行信號線長度;在10MHz以上,特別是41 MHz附近頻段做好防護(hù)等。希望本文對高速動(dòng)車組行車和高速鐵路運(yùn)營全局安全提供一定的參考作用。
電話
微信