高鐵動車組電磁兼容仿真技術

高速動車組運行機制復雜，對電磁兼容性提出了更高要求。基于電磁環境對高速動車組的影響，將傳感器信號線和車底高壓輸電線組成仿真系統，從串擾電壓、串擾耦合系數等因素全面開展了電磁兼容技術仿真分析。分析結果表明：電磁干擾主要發生于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。以上技術參數對高速動車組行車安全和高速鐵路運營有借鑒意義。

高速動車組是集網絡通信、高壓、變頻、計算機控制技術于一體的系統設備，內含多種電纜線束和電子設備，不僅含有大功率輻射信號源，也存在高靈敏度通信設備和傳感器。在強弱電信號相互交織的空間內，高速動車組電磁兼容性要求更高，有針對性地開展技術分析至關重要。

高速動車組作為集網絡通信、高壓、變頻、計算機控制技術于一體的復雜設備，內部布局非常緊密，尤其是電纜敷設密度較高，而大部分設備的電磁兼容問題都是電纜故障引發的。車載電纜具有高效的電磁波接收及輻射天線，不僅為有效傳導形成了良好條件，也混入了干擾傳導。在高速動車運營過程中，傳感器大部分時間都在采集信號，形成了電磁干擾污染。據京廣線2012年統計數據，發生的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，高速動車組在電氣化的鐵路線路上運行，也導致其電磁環境非常復雜。電磁環境干擾包含內部干擾和外部干擾兩部分。內部干擾包含設備內部的元件發熱、大功率和高電壓部件產生的磁場、電場耦合對其余部件產生的影響等；外部干擾包含高壓接觸網、移（動）電話、手提電腦、空間電磁波、牽引電路、自然雷電沙暴等。高速動車組電磁環境同時也會對外部環境產生干擾，例如，電磁波對帶有心臟起搏器的人產生的影響，以及對無線電通信造成的影響等。

仿真選擇基于CRH2研發的CRH2C動車組，時速達到250 km。作為新的系統，必須做好電磁兼容性設計，確保各個部件滿足最（理）想的布局要求。

2.1 仿真模型

按照CRH2C動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，兩導線的中心間距為d。在仿真系統中代入工程應用參數，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擾電壓

設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。

2.2.2 頻率對串擾耦合系數的影響

如果頻率低于10 MHz，串擾耦合系數最小為-190 dB，最大為-95 dB，對應于串擾感應電壓最小值7.9 μV和最大值0.445 V。處于50 Hz的市電時，串擾耦合系數為-168 dB，對應于串擾感應電壓99.5 μV。結合圖2和圖3的分析，表明高壓輸電線的干擾主要發生于10 MHz以上。

2.2.3 信號線長度對串擾耦合系數的影響

串擾耦合系數總體上隨著傳感器信號線長度的增加而增大。據相關文獻指出，導線間部分參數的增大也會導致串擾電壓增大。所以，并行信號線長度應盡量減小，實現串擾的合理控制。

隨著時代的發展，高速動車組的應用越來越廣泛，電磁兼容問題也越來越突出。所以，本文就高速動車組電磁兼容仿真技術進行了分析，得出結論包括：部件設計時要求布局科學；在高壓輸電線周圍要設置屏蔽設施；最（大）程.度減少并行信號線長度；在10MHz以上，特別是41 MHz附近頻段做好防護等。希望本文對高速動車組行車和高速鐵路運營全局安全提供一定的參考作用。