王兴佳
天津轨道交通运营集团有限公司 天津 300000
摘要：电客车上线运营前需要进行严格的试验测试，以保障列车行驶过程中工作状态正常，伴随着电子电气设备的增加，电磁兼容试验超标问题越来越突出，仅天津就发生三个新项目动态电磁兼容初次试验超标，通过不同程度的优化改造方案得以解决。本文主要针对试验改进较为复杂的2号线增购车项目进行电磁兼容试验超标分析，改进方案效果验证，为新购车辆电磁兼容改进和设计优化提供合理可行性参考方案。
关键词：电磁兼容 动态测试 耦合原理 接地
一、电磁兼容对外射频辐射测试方案与标准
列车对外射频辐射试验，分别测试列车静态和低速行驶两种工况下的射频骚扰，试验应涵盖可能产生射频发射的列车上所有的系统和设备。
（1）测试设备布置。测试前，根据不同频段测试要求，分别将设备布置如下。1）环形天线中心距轨面垂直高度1m至2m，本试验采用1.8m，天线接收器布置在距离轨道中心线10m位置，用于9kHz~30MHz频段磁场测试；2）双锥天线中心距轨面垂直高度2.5m至3.5m，本试验采用3m，天线接收器布置在距离轨道中心线10m位置，用于30MHz~200MHz频段磁场测试。3）对数天线中心距轨面垂直高度2.5m至3.5m，本试验采用3m，天线接收器布置在距离轨道中心线10m位置，用于200MHz~1000MHz频段磁场测试。
（2）静态测试。静态测试工况城轨列车上的所有系统和设备处于正常工作状态，辅助逆变器应满负荷运转，牵引逆变器应通电，但不启动牵引电机，详细要求参见EN 50121-3-1-2006相关要求，本文不再详述。
（3）低速测试。低速行驶测试工况，列车以（20±5） km/h 运行，当经过测量天线时，列车在给定速度范围内以不低于其最大牵引力的 1/3 加速或最大电制力的 1/3 减速在慢行试验时，应避免滑动接触拉弧或跳动。接收机通过天线接收并处理信号及背景噪声。
慢行发射限制标准如图1：A=20/25kV AC ；B=15kV AC或1.5kVDC；C=DC750V和DC600V。本项目采用DC750V三轨供电方式，故应满足图1慢行行驶试验限值曲线C要求。
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图1 慢行行驶试验限值
二、故障现象
初次低速测试试验结果显示，在180~230Hz左右，测试限值存在超标现象。主要表现为列车牵引状态下，车载SIV和VVVF及附近设备经过时，测试存在数据超标现象；列车制动状态下，SIV和VVVF附近设备经过时，列车存在测试数据超标现象。静态测试列车测试结果符合相关标准要求，本文后续主要针对低速测试进行讨论。
三、原因分析
针对电磁兼容问题，参考GB/T 24338.1-2009 A2一般耦合机理部分内容进行分析，系统间的耦合是常见的物理现象，根据这些现象来制定限值。耦合分为五种模式：
（1）静电耦合，带静电体对被干扰电路放电；
（2）电场耦合，一个电路中变化的电压通过相互间的电容在被干扰电路中产生电压变化；
（3）磁场耦合，一个电路中电流所产生的变化的电磁场，通过互感在被干扰电路里产生干扰电压；
（4）传导耦合，源电路和被干扰电路共用一条传导通道。
（5）电磁辐射，电路结构作为天线发射并接收电能。
结合本项目列车系统配置情况，认为电磁辐射为测试超标主要原因。因为列车辅助逆变器和牵引逆变器，作为大功率电力电子器件是列车主要干扰源，且牵引逆变器与制动电阻回路、牵引电机驱动回路均为采取必要的屏蔽措施，逆变器工作时直接辐射或通过供电线路产生间接辐射。
四、优化改进与验证
针对牵引逆变器（VVVF）和辅助逆变器（SIV）特点，结合直接辐射和供电线路间接敷设途径，分别进行不同的优化改进。
（1）SIV分析与改进。SIV逆变器变压变频过程中，易产生对外辐射，其输出电压和频率一定，考虑到SIV特性和设备既有接地特点，从接地电容和接地线两方面进行优化。
1）电容值优化，由电容公式 公式可知，不同容量电容值，可以改变整车容抗特性，故采用优化电容值方案。通过优化接地电容值，将接地电容由0.47uF调整为1uf，改变了列车高频接地特性，降低了列车整体辐射水平。
2）接地线布置优化。无论采用哪种接地系统，其接地导体长度 L = 及的奇数倍的情况应避开，因此时其阻抗为无穷大，相当于一根天线，可接收或辐射干扰信号。 SIV箱体为长方形箱体，四角附近均设有接地点，初期根据厂家工艺方案，只接了一个接地点，存在此种问题可能性，故在对角增加另一个接地线，长度与之前不同，同时接地线宜优先采取宽度与长度比不小于5:1的金属带或扁平编织线，消除接地线成为天线的隐患。
（2）VVVF分析与改进。VVF逆变器变压变频过程中，易产生对外辐射，其输出电压和频率不断变化，考虑到VVVF设备特点，固定接地电容值很难达到优化效果，从接地和减少传输电缆辐射角度进行优化改进。
1）接地线布置优化。初期根据厂家工艺方案，只接了一个接地点，存在成为发射天线隐患，故在对角增加另一个接地线，长度与之前不同，消除接地线成为天线的隐患。
2）传输电缆辐射优化，为减少VVVF产生的能量通过电缆辐射，对VVVF到电机电缆和VVVF到制动电阻电缆进行屏蔽处理，减少电缆辐射。
（3）试验验证。通过上述优化改进处理后，重新进行试验，试验结果符合标准。
五、结论
本方案通过对SIV接地电容变换，SIV、VVVF增加接地线，VVVF到牵引电机和制动电阻增加屏蔽接地改进多种措施组合，使列车电磁兼容限值满足要求，同时提出多种优化措施改进需注意事项，能够更好的达到电磁兼容效果，更有利于日常维护，提高了列车安全性和可靠性，为后续列车电磁兼容设计优化，提供有价值的参考。
参考文献
［1］朱先正，凌宏丽，左 阳. 城市轨道交通机电系统电磁兼容研究[J].都市快轨交通，2007，20（4）：88-90.
［2］ 李晓辉译．电子产品实用EMC设计技术［Ｍ］．北京：清华大学出版社，2013．
［3］GB/T 24338.1-2009，轨道交通电磁兼容 第1部分 总则[S].