高铁动车组电磁兼容仿真技术

         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*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**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。

   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。

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*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*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*小为-190 dB，*大为-95 dB，对应于串扰感应电压*小值7.9 μV和*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。

      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；*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**提供一定的参考作用。