吳月明，張可飛

（中車大連電力牽引研發(fā)中心有限公司，遼寧 大連 116000）

0 引 言

隨著國內電氣化鐵路的迅猛發(fā)展，高速、重載已成為當今軌道交通裝備的發(fā)展主題。大功率電力電子器件及牽引傳動系統(tǒng)和裝置，以及數字化、智能化的網絡控制系統(tǒng)和部件，已廣泛應用于機車裝備。機車的電磁兼容性逐漸成為業(yè)內人士關注的熱點，其優(yōu)劣直接影響機車的運行安全。

近年來，由于電磁兼容問題引起的機車故障種類繁多、屢見不鮮。如果此類問題涉及出口機車，將會影響中國鐵路裝備走出去的進程，進而對國家的聲譽產生影響。同時，電磁兼容問題可能會對司乘人員的生命、健康構成潛在隱患。為了有針對性地研究并解決機車電磁兼容問題，現對交流傳動機車實車電磁兼容問題進行調研。本次電磁兼容問題匯總以HX型交流機車為主要對象，將按車型以實例形式進行表述。

1 HXD1型電力機車電磁兼容問題及實例分析

HXD1型電力機車是由兩節(jié)完全相同的4軸電力機車通過內重聯環(huán)節(jié)連接組成的8軸重載貨運電力機車。采用“交直交”電傳動主電路形式，網絡控制采用TCN結構形式。在HXD1型電力機車實車運行過程中，出現了過多起電磁兼容問題[1]。

1.1 信號線干擾故障實例分析

2014年，HXD1型電力機車運行過程中，受電弓突然自動降落，且IDU顯示器無故障提示。工作人員查看對應時間區(qū)段機車ERM數據發(fā)現，機車節(jié)點狀態(tài)從5300（主斷閉合）直接跳變?yōu)?100（主電路配置復位），與機車的正常降弓方式即5300（主斷閉合）、5100（分主斷命令）、5000（主斷已斷開）……3100（降弓命令）、3000（受電弓已下降）、2300（主電路已配置）的順序降弓方式不符。同時，查看故障記錄，并未發(fā)現會引起主電路配置復位的故障。經分析，可能是由于線路上的毛刺信號引發(fā)機車模式的變化。后期整改過程中，對機車模式改變時間進行了3 s的延時濾波處理，故障再未發(fā)生。

電力機車在運行過程中經常發(fā)生主斷路器跳閘、受電弓自動降落、中央控制單元（CCU）/牽引控制單元/制動控制單元通信異常等現象。經排查，此類故障是傳導干擾所致。圖1為電力機車傳導測試方法示意圖。

圖1 電力機車傳導測試示意圖

傳導干擾是電力機車常見的電磁兼容問題之一，主要以控制信號為受擾對象。上述故障現象是由信號線受擾引發(fā)。在電磁兼容檢測標準中，設立了信號線脈沖群抗擾度、線纜傳導騷擾抗擾度等專門針對此類電磁兼容問題的測試項點，可見這種電磁干擾的普遍性與嚴重性。在實車運行過程中，由傳導騷擾產生的故障現象紛亂繁雜，故障點定位難度較大。設計人員應根據實踐經驗，通過屏蔽、濾波等手段強化線纜的抗擾能力，盡量避免此類問題的發(fā)生。

1.2 接地設計不當引發(fā)故障實例分析

在工作人員查看HXD1型機車網絡故障數據時，發(fā)現4、5、6軸均報速度傳感器故障。檢修人員檢查速度信號通道、更換3個軸的速度傳感器，故障依舊存在。最終檢查發(fā)現，機車Π架的3臺電機均未安裝與轉向架之間的接地線。重新加裝電機接地線后，故障消除。在電力機車運行過程中，也出現過由于接地設計不當導致積累靜電荷無法正常泄放而使核心元器件擊穿損毀等現象。

在所有電氣設備運行過程中，接地設計不當是縮減設備使用壽命的主要原因之一。電力機車運行過程中，由于其工作、運行方式的特點，線路中會存在多種靜電類、傳導類干擾，無疑是對車輛接地系統(tǒng)設計的嚴峻考驗。在車輛電磁兼容設計過程中，接地設計應當首先考慮重要環(huán)節(jié)。接地是否良好，直接決定了車輛電磁抗擾度的優(yōu)劣。因此，優(yōu)化接地設計是降低機車運行故障率、提高機車整體質量的重要途徑[2-3]。

2 HXD2型電力機車電磁兼容問題及實例分析

HXD2型電力機車采用了基于IGBT元件的大功率水冷變流器、大扭矩異步牽引電機、臥式牽引變壓器、微機網絡控制系統(tǒng)、電子控制的制動系統(tǒng)等先進技術。在HXD2型電力機車實車運行過程中，出現了過多起電磁兼容問題。

在HXD2型電力機車段內調試過程中，當車輛受電弓與接觸網接觸或分離的瞬間，數字量輸出模塊出現死機，110 V數字量輸出不受控。故障出現后，須工作人員手動復位，故障才可消除。經測量，監(jiān)測模塊5 V供電電壓在升弓或降弓瞬間也出現大范圍波動，而當機車穩(wěn)定運行后，此現象消除。

受電弓一直都是電力機車電磁干擾源之一，其干擾主要發(fā)生在弓網結合和分離瞬間[4-5]。在這一瞬間，受電弓上會有大幅度的電流瞬變情況發(fā)生。由此而產生的瞬變電流，不僅會對車內敏感器件、線纜產生影響，也會以電磁波的形式對外輻射，進而對外界電磁環(huán)境造成污染。

3 HXD3型電力機車電磁兼容問題及實例分析

HXD3型電力機車是中國鐵路的干線貨運用電力機車車型之一。它的牽引電傳動系統(tǒng)由東芝公司提供，制動系統(tǒng)由克諾爾公司提供。在HXD3型電力機車實車運行過程中，出現了過多起電磁兼容問題。

通信系統(tǒng)故障是比較常見的機車故障之一。在HXD3C/HXD3D機車網關優(yōu)化升級過程中，出現過典型的通信系統(tǒng)故障實例。

HXD3C/HXD3D機車在批量換裝RS485/MVB網關后，批量出現機車運行中誤懲罰制動問題。問題發(fā)生時，沒有任何征兆或正常引發(fā)懲罰制動的信號被激活。在制動機顯示屏上顯示“懲罰制動：司機室轉換”“緊急制動：列車管線”等消息。后期經過確認后發(fā)現，是網關抗干擾能力不足，在經過分相區(qū)主斷分斷閉合瞬間發(fā)生異常，內部傳送信號狀態(tài)發(fā)生突變，并通過MVB通訊發(fā)送給了制動機。制動機收到該錯誤后，認為操縱端發(fā)生了變化，觸發(fā)了懲罰制動。

HXD3D機車批量投入運行初期，也出現過車輛總線上兩個最遠端設備通信不穩(wěn)定、通信超時等通訊異常問題。其中，有些能自動恢復，有些則必須要蓄電池重啟后才能恢復。

機車通信系統(tǒng)是車輛的“神經”，是信息傳輸的通道。通信系統(tǒng)故障引發(fā)的事故不勝枚舉，其中不乏重大傷亡事故。通信系統(tǒng)故障可能由內部傳導干擾引起，也可能由外界輻射干擾引發(fā)。隨著電氣化鐵路電磁環(huán)境的日益復雜，通信系統(tǒng)電磁抗擾能力的優(yōu)化也成為一個亟需解決的問題。

4 結 論

綜上所述，機車電磁兼容問題主要分為兩個方面：傳導干擾和輻射干擾。傳導干擾可能引發(fā)車輛通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等多方面故障。細化來說，涌流干擾、浪涌沖擊、電快速瞬變脈沖群、靜電干擾、接地不良等都會引起傳導干擾的發(fā)生。輻射干擾主要指機車對外輻射問題，會對周圍環(huán)境造成電磁污染，危及司乘人員人身安全。機車受電弓、牽引變流器、主變壓器等高壓大功率設備，都是典型的輻射源[6-7]。

在實車運行過程中，電磁兼容問題無處不在。相比于國外比較完整的電磁兼容標準體系，國內整車電磁兼容體系建設存在明顯漏洞。在今后的車輛產業(yè)化道路中，一方面，設計人員應充分考慮車輛的電磁兼容特性，保證車輛運行的可靠性；另一方面，有關部門也應盡快完善整車電磁兼容標準體系，學習國外先進檢測方法，從質量上把控機車車輛的電磁兼容性。只有將“研”與“檢”結合，才可以促進國內軌道交通行業(yè)與國際接軌，進而引領國際市場的動向。

參考文獻：

[1] 郭漢挺.HXD1型電力機車受電弓故障原因分析[J].電力機車與城軌車輛，2008，31（5）：54-55，58.

[2] 中國南車集團株洲電力機車有限公司.HXD1B型交流傳動電力機車維修手冊[K].株洲：中國南車集團株洲電力機車有限公司，2009.

[3] EN50121-3-1：2015，Railway Application-electromagnetic Compatibility 3-1 Rolling Stock-Train and Complete Vehicle[S].2015.

[4] 沙 斐.機電一體化系統(tǒng)的電磁兼容技術[M].北京：中國電力出版社，1999.

[5] 路宏敏.工程電磁兼容[M].西安：西安電子科技大學出版社，2003.

[6] Jun-Young L，Yu-Seok J.An Isolated DC/DC Converter Using High-Frequency Unregulated LLC Resonant Converter for Fuel Cell Applications[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics，2011，58（7）：2926-2934.

[7] 康勁松，陶生桂，王新祺.大功率IGBT直流特性和動態(tài)特性的PSPICE仿真[J].同濟大學學報，2002，30（6）：710-714.