高速动车组电磁兼容技术仿真分析

 

      高速动车组运行机制复杂，对电磁兼容性提出了更高要求。基于电磁环境对高速动车组的影响，将传感器信号线和车底高压输电线组成仿真系统，从串扰电压、串扰耦合系数等因素全面开展了电磁兼容技术仿真分析。分析结果表明：电磁干扰主要发生于10 MHz以上，其中在41 MHz附近最大，且随着信号线长度的增加而增大。以上技术参数对高速动车组行车安全和高速铁路运营有借鉴意义。

      高速动车组是集网络通信、高压、变频、计算机控制技术于一体的系统设备，内含多种电缆线束和电子设备，不仅含有大功率辐射信号源，也存在高灵敏度通信设备和传感器。在强弱电信号相互交织的空间内，高速动车组电磁兼容性要求更高，有针对性地开展技术分析至关重要。

1 高速动车组电磁环境

高速动车组作为集网络通信、高压、变频、计算机控制技术于一体的复杂设备，内部布局非常紧密，尤其是电缆敷设密度较高，而大部分设备的电磁兼容问题都是电缆故障引发的。车载电缆具有高效的电磁波接收及辐射天线，不仅为有效传导形成了良好条件，也混入了干扰传导。在高速动车运营过程中，传感器大部分时间都在采集信号，形成了电磁干扰污染。据京广线2012年统计数据，发生的115次故障大部分是由传感器传输信号电磁干扰引起的。此外，高速动车组在电气化的铁路线路上运行，也导致其电磁环境非常复杂。电磁环境干扰包含内部干扰和外部干扰两部分。内部干扰包含设备内部的元件发热、大功率和高电压部件产生的磁场、电场耦合对其余部件产生的影响等；外部干扰包含高压接触网、移动电话、手提电脑、空间电磁波、牵引电路、自然雷电沙暴等。高速动车组电磁环境同时也会对外部环境产生干扰，例如，电磁波对带有心脏起搏器的人产生的影响，以及对无线电通信造成的影响等。

 

2 高速动车组电磁兼容技术仿真分析

仿真选择基于CRH2研发的CRH2C动车组，时速达到250 km。作为新的系统，必须做好电磁兼容性设计，确保各个部件满足最理想的布局要求。

2.1 仿真模型

按照CRH2C动车组的传感器信号线布线方式、高压输电线布线方式，建立车底高压电缆同转向架传感器线缆之间的相对位置，具体如图1所示。两根电缆距地面的距离分别为h1、h2，车底高压输电线半径和传感器信号线半径分别为r1、r2。此外，车底高压输电线屏蔽层半径和传感器信号线屏蔽层半径分别为r1p、r2p，两导线的中心间距为d。在仿真系统中代入工程应用参数，即可开展仿真分析。

2.2 仿真分析

2.2.1 传感器信号线上的串扰电压

设高压输电线上的骚扰电压幅度为25 kV，随着电源工作频率的变化，受到干扰的传感器信号线上的电压曲线如图2所示。可以看出，信号线在41 MHz频率附近出现最大的干扰电压，其幅值为925 V；在10 MHz、20MHz及30 MHz等位置也会有较大的干扰电压出现。

2.2.2 频率对串扰耦合系数的影响

图3为传感器信号线的屏蔽层双端接地时的串扰耦合系数。可以看出，如果频率低于10 MHz，串扰耦合系数最小为-190 dB，最大为-95 dB，对应于串扰感应电压最小值7.9 μV和最大值0.445 V。处于50 Hz的市电时，串扰耦合系数为-168 dB，对应于串扰感应电

压99.5 μV。结合图2和图3的分析，表明高压输电线的干扰主要发生于10 MHz以上。

2.2.3 信号线长度对串扰耦合系数的影响

串扰耦合系数总体上随着传感器信号线长度的增加而增大。据相关文献指出，导线间部分参数的增大也会导致串扰电压增大。所以，并行信号线长度应尽量减小，实现串扰的合理控制。

3 结语

随着时代的发展，高速动车组的应用越来越广泛，电磁兼容问题也越来越突出。所以，本文就高速动车组电磁兼容仿真技术进行了分析，得出结论包括：部件设计时要求布局科学；在高压输电线周围要设置屏蔽设施；最大程度减少并行信号线长度；在10MHz以上，特别是41 MHz附近频段做好防护等。希望本文对高速动车组行车和高速铁路运营全局安全提供一定的参考作用。

        责任编辑：彭菁