高鐵動(dòng)車組電磁兼容仿真技術(shù)

         高速動(dòng)車組運(yùn)行機(jī)制復(fù)雜，對(duì)電磁兼容性提出了更高要求。基于電磁環(huán)境對(duì)高速動(dòng)車組的影響，將傳感器信號(hào)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)等因素開(kāi)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*大，且隨著信號(hào)線長(zhǎng)度的增加而增大。以上技術(shù)參數(shù)對(duì)高速動(dòng)車組行車**和高速鐵路運(yùn)營(yíng)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(hào)源，也存在高靈敏度通信設(shè)備和傳感器。在強(qiáng)弱電信號(hào)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(duì)性地開(kāi)展技術(shù)分析至關(guān)重要。

   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(wèn)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(yíng)過(guò)程中，傳感器大部分時(shí)間都在采集信號(hào)，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(hào)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(chǎng)、電場(chǎng)耦合對(duì)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(huì)對(duì)外部環(huán)境產(chǎn)生干擾，例如，電磁波對(duì)帶有心臟起搏器的人產(chǎn)生的影響，以及對(duì)無(wú)線電通信造成的影響等。

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*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(hào)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(duì)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(hào)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(hào)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(kāi)展仿真分析。

2.2 仿真分析

2.2.1 傳感器信號(hào)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(hào)線上的電壓曲線如圖2所示?？梢钥闯觯盘?hào)線在41 MHz頻率附近出現(xiàn)*大的干擾電壓，其幅值為925 V；在10 MHz、20MHz及30 MHz等位置也會(huì)有較大的干擾電壓出現(xiàn)。

2.2.2 頻率對(duì)串?dāng)_耦合系數(shù)的影響

圖3為傳感器信號(hào)線的屏蔽層雙端接地時(shí)的串?dāng)_耦合系數(shù)。可以看出，如果頻率低于10 MHz，串?dāng)_耦合系數(shù)*小為-190 dB，*大為-95 dB，對(duì)應(yīng)于串?dāng)_感應(yīng)電壓*小值7.9 μV和*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(duì)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(hào)線長(zhǎng)度對(duì)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(hào)線長(zhǎng)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(huì)導(dǎo)致串?dāng)_電壓增大。所以，并行信號(hào)線長(zhǎng)度應(yīng)盡量減小，實(shí)現(xiàn)串?dāng)_的合理控制。

      隨著時(shí)代的發(fā)展，高速動(dòng)車組的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，電磁兼容問(wèn)題也越來(lái)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；*大程度減少并行信號(hào)線長(zhǎng)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(duì)高速動(dòng)車組行車和高速鐵路運(yùn)營(yíng)全局**提供一定的參考作用。