屏蔽双绞线在电力机车上的应用研究
铁路车辆MVB通信网络典型故障分析
技术与市场技术应用２０２１年第２８卷第５期铁路车辆ＭＶＢ通信网络典型故障分析张二伟，彭思维（中车株洲电力机车有限公司产品研发中心，湖南株洲４１２０００）摘 要：从ＭＶＢ通信原理上分析可能导致ＭＶＢ网络通信从帧丢失故障的原因，分析不同故障现象，在此基础上提出诊断从帧丢失网络故障的方法。
关键词：ＭＶＢ；通信；网络故障ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０２１．０５．０３３" 0-1通信概述多功能车辆总线（ＭＶＢ）是列车通信网络的一种，具有实时性强、可靠性高、冗余及容错性能好等优点，广泛应用于高铁、城轨等领域中。
它采用主从通信的方式，由一个总线控制器轮询每个端口完成数据传输。
通信介质一般使用ＥＭＤ（一种屏蔽双绞线组成的电气中距离介质），在２００ｍ传输距离内最大可支持挂载３２个设备。
信号产生速度为１．５Ｍｂｉｔ／ｓ，使用曼彻斯特编码。
ＭＶＢ网络可由一个或多个总线段构成，总线段之间通过中继器相互连接。
为了提高可靠性，工程项目中采用双线冗余结构。
# 0-1网络工作原理ＭＶＢ通信数据报文分为过程数据报文、消息数据报文和监视数据报文，工程中主要用到的是过程数据报文，用于车辆状态信号和控制信号的实时传输。
一个数据报文包含１个主帧数据和１个从帧数据。
每个过程数据报文都对应一个端口地址的数据。
总线管理器按照配置好的周期扫描表周期轮询每个端口地址，发出与端口地址相应的主帧数据。
配置了相同端口地址的源端口会发出从帧作为响应，从帧包含了预设的过程数据。
配置了相同端口地址的宿设备会接受这个从帧数据，完成一个端口数据的发送和接收。
在链路层，端口地址有１２位编码。
主帧数据由１６位组成，包含４位Ｆ＿ｃｏｄｅ和１２位地址。
从帧数据由１、２、４、８或１６个１６位的数据字组成，如图１所示。
图１ 过程数据报文$ 故障原因分析从ＭＶＢ通信的原理可以看到，完成一个过程数据报文传送，需要１个主帧和１个紧随的从帧。
双绞屏蔽电缆
03.抵御外来电磁干扰的能力以及系统本身向外辐射电磁干扰的能力，有效地滤除不必要的电磁波
04.防止电缆芯线发生破损电流泄露出来，加了屏蔽层的电缆可以让泄露的电流流入接地网，把干扰电流有效地导入大地，起到接地保护的作用
05.电力电缆通过的电流比较大，电流周围会产生磁场，为了不影响别的元件正常工作，屏蔽层可以防止电磁噪声干扰
固定敷设：5×电缆半径
移动安装：7.5×电缆半径
最大移动速度：
架空速度：5m/s
滑行速度：3m/s
加速度：50m/s²
温度范围：
固定敷设：-40℃~90℃
移动安装：-25℃~90℃
世匠电缆柔软、耐磨、弯曲性能好，电气绝缘能力强，可以承受较强机械外力作用，采用欧标生产工艺，专注于柔性电缆、拖链电缆和特种电缆的研发和：
导体：高抗弯强度多股精细裸铜丝，符合VDE0295 6类
绝缘：特种高强度材料TPEE
填充：高强度抗拉纤维
内护套层：特殊弹性体材料
外护套层：低粘度耐磨高强度PVC混合材料
屏蔽层：高抗弯强度镀锡铜丝，光学覆盖率90％
电缆参数：
额定电压：3000V
测试电压：1500V/5min（AC）
最小弯曲半径：
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应用领域：
适用于电机控制、智能自动化系统、防盗报警系统、通信、音频、广播、音响系统、自动抄表系统、消防系统等需防干扰线路连接、高效的传输数据电缆，用于那些对传输的信号要求很高的场合。
需要长距离进行稳定的数据传输，比如控制网络、远程控制、工业自动化、建筑自动化以及安全系统等。
产品特点：
01.可以分开单对使用，也能多对同时使用，传输多路信号、抗干扰性能优异
电力机车的电磁干扰现象分析及对策_索建国
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要：电磁兼容性是目前电力机车研究和生产所面临的一个重要课题。 文章归纳了电力机车上存在的
电磁干扰现象， 并结合部分实例给出了抑制电磁干扰的措施。 关键词：电力机车；电磁兼容；电磁干扰； 抑制 中图分类号： &’(!)#； *+$’ 文献标识码： , 文章编号： （’##/ ） "($’-"".$ #(-##"#-#!
作者简介：索建国 （"+(+- ） ， 男， 高级工程师， 工学学士， 现为中南大学信息科学与工程学 "++" 年毕业于西南交通大学电力牵引与传动控制专业， 院硕士研究生， 从事电力机车总体技术开发工作， 现任株洲电力机车厂技术中心产品开发部部长。
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索建国 等・电力机车的电磁干扰现象分析及对策・ !""# 年第 $ 期
首先是对机车控制部分和功率部分中的外壳、 屏蔽、 接 地、 滤波、 信号传输、 设备布置和布线等方面进行考虑， 以下就电力机车涉及到的外壳屏蔽技术、屏蔽的完整 性、 系统接地、 布线等结合部分实例进行说明。
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平面外壳屏蔽设计 屏蔽效能及其产生的衰减与干扰的频率、干扰源
与屏蔽体的距离、屏蔽体 的厚度以及屏蔽的材料等 有关。 对于电磁干扰， 屏蔽 作用体现为：入射波的一 部分在屏蔽体的前表面反 射， 一部分被吸收， 另一部 分被透射， 见图 -。表 - 给 出了不同的屏蔽衰减值与 屏蔽效能评价。
（! ） 浪涌式的干扰。其主要表现是大电流回路中电 气部件迅速断开而产生的高能量的电压和电流脉冲。 若迅速断开极大的电流 （例如熔断器烧断） ， 引入线上 的电感会产生一个蓄能量较大的电压或电流脉冲（电 压和电流可达 % &’ 和 ! &( ） ， 导致损坏电器部件。脉 冲上升时间为 )*! !+ ，脉冲持续时间为 !"*," !+， 而 频谱最高约达 -"" &./。这种浪涌式的干扰脉冲主要 是电耦合传播给馈电线的。 静电放电。在一定的环境和天气条件下， 人体 （# ） 静电充电可高达 0 &’ 。这时， 一旦人体与导电部分接 触， 在极短时间内放电 ， 在 不 到 - 1+ 时 间 内 电 流 可 增 加到 -, ( 。这些脉冲包含达几百兆赫兹的高频分量， 但蓄能量小。 （% ） 辐射干扰。辐射干扰主要是由无线电广播、 电 视发射台、 手机和移动通信设备产生的强电磁场， 其频 磁场强度与距发射台的距 率范围为 -23 &./*-40 5./ ， 离有关。在公众可达到的范围内以及距可移动设备大 于 !3 67 时， 应考虑的最大电磁场强度为 !" ’ 8 7。 同样，电子和电气部件产生的电磁场也会干扰无 线电广播、 移动电话和小型便携式无线电台 （如机车运 转调度无线电和行政及安全部门用的无线电） 的接收， 或影响其接收质量。 这不仅涉及到路外设备， 也涉及到 估 铁路本身的设备。目前频率范围是 )33 &./9! 5./， 计今后这个频率范围会向上扩展。 （, ） 对电网的反作用——干扰电流。由于牵引驱动 装置中静止变流器的功率器件频繁开关，会在供电电 网中产生干扰电流。这些干扰电流大多经钢轨和接触 导线流回变电站， 其频率从几赫兹到几十赫兹。 它们会 干扰铁路范围内的信号装置和通信设备，尤其是干扰 轨道直流电路、连续式列车自动控制和列车运行自动 。 控制系统 （(:; ） （$ ） 电感性传导干扰。机车上的大电流变流器和电 动机或制动电阻产生的脉冲电流以及由变流器电容性 耦合到接地系统的杂散电流，都会在钢轨中和机车底 架中产生磁场。原则上这种磁场会干扰所有电感性工 作的通信和信号系统。
机车微机控制系统概述
第六章机车微机控制系统第一节机车微机控制系统概述一、微机控制系统的基本概念和特点微机控制系统一般都具有三个要素，即控制对象、信息处理机构、执行机构控制目标；信息处理机构将目标值和实际情况进行比较、运算，给执行机构控制对象出动作指令；执行机构根据接收到的动作指令进行调节，以求达到或尽员接近控制目标。
图6一1所示为控制系统示意图。
控制系统有开环控制和闭环控制之分。
在开环控制中，输出信号不反馈到信息处理机构；在闭环控制中，信息处理机构是根据给定目标与输出反馈信号的差值来进行控制的。
毫无疑问，闭环控制比开环控制易于稳定并具有较高的精度。
一个复杂的控制系统可以由多个闭环系统组合而成，如速度环、电流环、电压环等。
例如，55型电力机车微机控制系统，不论是在正常工况下还是在故障工况下，都采用闭环控制，由系统自动调节，从而减轻了司机的劳动强度，简化了司机的操作程序。
在电力机车上，微机的控制目标主要是电机电枢电流和机车速度，信息处理机构是微型计算机，执行机构是晶闸管变流装置。
即微机根据司机给定的手柄级位以及实际机车速度来调节晶闸管的触发角，从而使机车稳定运行在司机希望的工况。
我国558型电力机车是国产电力机车中首次采用微机控制的车型。
以往的机车都采用模拟控制，如553、554改和55：型机车等，它们都是采用以运算放大器为基础的模拟控制方式。
随着电力电子技术、半导体集成技术的发展和控制要求的提高，用微机控制来取代模拟控制是牵引动力技术发展的必由之路，它标志着机车控制技术水平上升到了新阶段。
与膜拟控制相比，微机控制有以下特点：(l）微机控制系统不仅需要有硬件，而且必须有软件，而模拟控制中左右硬件。
硬件是指各种能完成一定功能的电子插件，是看得见摸得着的。
软件是指为实现一定功能而*制的程序，它通常存储在断电也能保存的器件（如 EPROM、ROM）中，是一串由0和1构成的代码。
软件又分系统软件和应用软件。
对用户来讲，主要是根据需要编制应用软件。
浅析高速动车组电气连接器电缆屏蔽处理工艺
浅析高速动车组电气连接器电缆屏蔽处理工艺摘要：动车组列车各种设备之间的电缆安装和布置会对动车系统的电磁兼容性产生很大的影响。
由于动车组在有限的车厢内安装了大量的电子设备和电缆,不同强弱程度的信号在车厢内交织和混合，因而形成不同程度的线间耦合。
因此，不良的布线很大程度上会造成电磁干扰。
本研究的重点是研究和开发六种布线保护工艺，为提高动车组列车的生产水平提供参考建议。
关键词：动车组列车；连接器；屏蔽电缆；屏蔽层作为现代高速动车组运行过程中的一种重要保护手段，屏蔽一方面既能够使其连接器的电磁兼容性得以获得很好的保持和维护，另一方面，也可以使高速动车在运行过程中可以免遭电磁波的干扰，从而延长其电缆的使用寿命[1]。
除此之外，在进行接地处理之后，屏蔽层还能够使其干拢电流接入地[1]。
以此，电缆的安全使用性能便会有所保障，同时还可以大力地排除其他可能的干扰电流。
1、屏蔽电缆绝缘导体的外面会被一些细金属丝类纺织层包裹起来，该包裹层被叫做屏蔽线，将多根绝缘导线并成一组，在其的外部继续包裹上绝缘层和屏蔽层，这就形成了屏蔽电缆，通常情况下，其屏蔽层一般用到裸铜线或者镀锡铜线的材料纺织成品，镶嵌在了电缆绝缘皮的内部。
屏蔽电缆的主要作用包括：降低电缆中感应EMI辐射度；降低电缆中信号向外辐射EMI的量；降低各个电缆间串扰程度；降低超出几十KHz的共模阻抗耦合影响。
2、高速动车组电气连接器电缆屏蔽处理工艺2.1屏蔽桥卡上屏蔽层在屏蔽桥上面卡上屏蔽层，能够实现有效的接地，就高速动车组上具体实践方式方法有开关柜上的连接器、空调机组中的连接器、车载电源箱中的连接器。
第一类屏蔽桥，就是空调机组中的连接器，处理过程为，将电缆绝缘的外皮剥开，让屏蔽层露出来，电缆绝缘皮一层一层挑开的屏蔽层，让电缆外皮的一部分用热缩管套起来，剩下部分与屏蔽层套住，还有部分外露的屏蔽层，使用卡子将其卡在屏蔽桥上面，卡子环的前面和后面，应各处露出屏蔽层1mm。
电力电子技术在电力机车的运用
电力电子技术在电力机车的运用摘要：本文通过分析电力电子技术的发展状况，再结合电力电子技术在我国电力机车牵引电传动系统中的应用情况，指出了宽禁带半导体技术是今后从事电力电子技术研究的重要方向，并提出了继续探究优化改型IGBT和SiC功率器件在电力机车上的应用研究，对促进我国电力机车的发展具有重大意义。
关键词:电力电子技术；电力机车；牵引电传动系统随着电力电子技术的快速发展，电力机车牵引电传动系统发生了巨大的变化。
20世纪中后期，采用交直传动系统的韶山型电力机车在我国铁路交通运输中占主导地位，但随着现代科学与技术的快速发展，采用交直交传动系统的和谐系列电力机车，在生产实际中得到广泛的应用，并逐渐取代了韶山型电力机车。
在电力机车牵引电传动系统的发展历程中，电力电子技术承担着举足轻重的作用，因此，电力电子技术在电力机车牵引电传动系统中的应用研究具有重要意义。
1电力电子技术的发展1947年，第一只晶体管的研制成功，开创了半导体固态电子学，20世纪50年代功率半导体二极管的出现，提高了整流电路的效率。
1957年美国通用电气公司研制出第一只可控型电力电子器件———晶闸管，次年得以商业化，标志着对电能变换与控制的电力电子技术诞生。
电力电子技术是一门新型技术，但是发展快速，其原因有两个：一是：人类电气化时代，电能在国民工业中的应用比重已成为衡量一个国家发展水平的重要指标，电力电子技术适应了当今世界人们对电能的巨大需求以及能源利用效率的不断追求，利用电力电子技术可以实现交流到直流（AC/DC）、直流到交流（DC/AC）、交流到交流（AC/AC）、直流到直流（DC/DC）等多形式的能量变换，这为太阳能、风能等清洁能源的利用，高效的交流传动，以及高压直流输电等各领域的应用打开了广阔的前景。
二是：电力电子器件的发展极大地扩展了电力电子技术应用的功率范围，微处理器的出现实现了控制数字化，快速推进了电力电子技术的应用发展。
1.1传统电力电子技术。
动车组线槽内通信线缆电磁辐射干扰分析
动车组线槽内通信线缆电磁辐射干扰分析刘洋【摘要】针对动车组线槽内通信线缆电磁辐射干扰问题,根据等效磁流源原理,采用三角脉冲基函数法,对线槽孔缝上的等效磁流及槽内耦合电场进行了求解,给出了线槽内屏蔽线缆辐射耦合响应计算方法.最后,对影响带孔线槽辐射耦合的因素进行仿真实验.实验结果表明:平面入射波电场的极化方向与矩形孔的长边夹角越小,线槽的屏蔽效果越好;当极化方向与矩形孔长边垂直时,长边的尺寸是影响孔缝耦合的关键因素,长边尺寸越大,线槽内耦合的电场强度越大.在孔的总面积不变的情况下,开孔数量越多,线槽的屏蔽效果越好,但当孔的数量增加到一定程度后,屏蔽效果改善的幅度逐渐降低.【期刊名称】《大连交通大学学报》【年(卷),期】2018(039)005【总页数】5页(P89-92,97)【关键词】动车组;线槽;通信线缆;电磁辐射干扰【作者】刘洋【作者单位】大连交通大学现代轨道交通研究院,辽宁大连 116028【正文语种】中文0 引言高速动车组与普通的电力机车相比，具有牵引设备更多、牵引功率更大、电气设备密度更高等特点.其中，主断路器、主变压器、滤波电抗器、主变流器、各种辅助电机、牵引电动机、控制电源、冷却风机等大功率设备共同存在于有限的空间中，这些高功率器件的电磁发射无疑成了主要的电磁辐射干扰源[1].在复杂电磁环境中，动车组网络控制通信线缆就会成为外界电磁能量的收集器，干扰会在线缆中激励起瞬态电流和电压，从而影响动车组网络数据传输的正确性和有效性.虽然动车组通信线缆在布线时大部分敷设在线槽内，但由于通风、散热、走线的需要，线槽上都开有形状各异、尺寸不同的孔缝，它们将成为外来电磁辐射直接耦合的通道，并引起通信线缆上的电磁干扰.因此，精确预测线槽内的电磁场分布，以及通信线缆上的耦合响应是十分重要的.本文将线槽看做矩形屏蔽腔，采用等效源原理，借助孔缝上的等效磁流源作为中间量，求解线槽内耦合电场及通信线缆上电磁耦合响应.并对影响线槽内通信线缆辐射干扰的因素进行仿真分析，研究有助于动车组网络控制通信线缆的线槽和布线设计.1 通信线缆辐射耦合模型动车组通信线缆均采用屏蔽双绞线，现将空间电磁脉冲EMP与通信线缆的耦合问题分解成如下两个传输线系统进行分析[2]：一是由线缆屏蔽层与芯线组成的内传输线系统；二是由线缆屏蔽层与地平面组成的外传输线系统，如图1所示.图1 空间电磁场照射下屏蔽双绞线耦合模型通信线缆辐射耦合计算流程可概括如下：第一步，计算出外传输线系统在空间EMP激励下的屏蔽层电流响应；第二步，将上一步求解出来的电流与屏蔽层的转移阻抗相乘，从而求得内传输线系统的分布电压激励源；第三步，求解分布源激励下的内传输线系统方程，从而最终得到线缆芯线在空间EMP作用下的响应.2 辐射耦合响应求解2.1 基于Agrawal模型的屏蔽层电流响应本文选用Agrawal模型对动车组通信线缆的电磁耦合进行分析研究，其传输线方程为：(1)传输线上电流分布可以用格林函数来表示[3]：(2)格林函数GI写成如下形式：式中，x+表示变量x和xs中较大者；x-表示变量x和xs中较小者.γ为传播常数，ZC为特性阻抗.反射系数沿线的分布电压源为：式中，θ为入射角，且ψ+θ=π/2；φ为方位角；α为极化角；k=2π/λ，kd≪1.终端负载集总电压源V1，V2分别如下所示：V1=-Einc(0,0,z)dz≈-E0dcosψcosα(5)V2=-Einc(0,0,z)dz≈V1e-jkLcosψcosφ(6)将上述结果代入式(2)中，即可得到屏蔽层上的电流响应.2.2 编织屏蔽体转移阻抗目前动车组控制网络中使用的通信线缆釆用编织网状屏蔽层.描述编织层结构的参数包括：编织体半径a，编织层中每根编织线的直径d，编织的股数B，每股中的导线数n，编织结距p，编织角α，编织覆盖率K.转移阻抗计算公式如下[4]：ZT=Zd+jωM12(7)式中，Zd为散射阻抗;互感M12为穿越菱形缝隙的磁通产生.散射阻抗近似为：(8)编织线缆的互电感近似值为：2.3 芯线辐射耦合响应根据前面计算的屏蔽层电流响应I(x)和转移阻抗ZT，得内传输线系统的分布电压源为：(10)外场激励下的通信线缆辐射耦合响应FDTD迭代公式为：(11)式中，k=2,…,N，变换矩阵3 带孔线槽内耦合电场计算通过前面分析可知，要求解线槽内通信线缆芯线辐射耦合响应，需计算线槽内耦合电场.3.1 等效磁流源模型动车组常用线槽上均为宽孔，即长宽比小于10大于等于1，为了简化分析，孔的形状选取为矩形孔，采用三角脉冲基函数法TPF [4- 6]，求孔上的等效磁流.宽孔上的等效磁流可表示为[5]：(12)(13)式中，Mxpq和Mypq为待定系数.Ψpq(x,y)=Tp(x-xa)Pq(y-yb)Φpq(x,y)=Pp(x-xa)Tq(y-yb)孔长为l，孔宽为w；P，Q分别为剖分孔长和宽的个数，Δx=l/p，Δy=w/Q分别为孔网格剖分后的小网格的长、宽；定义Tp(t)和Pq(t)为三角函数和脉冲函数.3.2 等效磁流源及内部耦合电场的确定利用矩形腔体的并矢格林函数[6]，可得腔内耦合电场为：sin(kyny)sin(kmn(z+c))(14)cos(kyny)sin(kmn(z+c))(15)sin(kxmx)sin(kyny)cos(kmn(z+c))(16)式中，μb和εb分别是腔体内填充材质的相对介电常数和相对磁导率.且Ixpqmn和 Iypqmn由已知条件可求.由文献[5]和文献[7]可得，腔内耦合磁场Hinner(-M)和孔上的等效磁流的散射磁Hsca(M)根据总的磁场强度矢量在孔缝上的切线分量必须连续，即：ez×|Hsca(M)+Hinc|=ez×Hinner(-M),z=0(17)对上式利用伽辽金方法可解出等效磁流的待定系数Mxpq和Mypq，进而求出等效磁流源及线槽内耦合电场. 之后，由式(11)即可求得通信线缆上的耦合响应.4 仿真及结果分析通过求解可知，空间电磁场耦合到矩形腔内的电场强度与平面电磁波的入射方向和孔缝的尺寸等有关，且间接地影响矩形屏蔽腔内置线缆的电磁耦合响应.选用动车组上的典型通信线缆线槽，建立如图2所示的仿真模型.其中，矩形线槽的腔体尺寸为1 000 mm×388 mm×178.5 mm，壁厚t =1.5 mm，观测点P坐标(500，194，-75)位于腔体中心，设置有电场探头.内置通信线缆长度为900 mm，距带孔平面75 mm.平面波激励源为双指数脉冲，取E0=10 kV/m为文献[8]中测得弓网离线最大辐射骚扰值，k=1.2，α=2×109 s-1，β=7×108s-1，上升时间为0.001 67 us，下降时间为0.025 us.图2 仿真模型(1)极化方向的影响在平面波垂直入射平面上开4×6个长方形孔，孔的尺寸为32 mm×18 mm.平面波的入射角为0°，方位角为0°，分别取极化角为0°(电场极化方向与孔的长边垂直)和90°(电场极化方向与孔的长边平行)进行仿真，并变换到频域.由图3可以看出，当电场极化方向与长方形孔的长边平行时，耦合进入矩形线槽的电场强度较小，衰减下降了大约10 dB；而当电场极化方向与长方形孔的长边垂直时，线槽的屏蔽效果最差.据此可推断，极化方向与矩形孔的长边夹角越小，线槽的屏蔽效果越好.产生上述现象的原因是：电场极化方向与长方形孔的长边垂直时开孔截断线槽表面电流分布的作用更加显著，屏蔽体的散射场与入射场不能抵消，屏蔽体涡流反磁场的屏蔽作用减弱.图3 观测点P处的场强(2)孔长、宽尺寸的影响平面波的入射角为0°，方位角为0°，极化角为0°(电场极化方向与孔的长边垂直).分两种情况进行分析：情况一：长方形孔的宽度不变，只改变其长度，分别为size1=32 mm，size2=52 mm，size3=72 mm和size4=92 mm.由图4可以看出，随着长边的增大，线槽内电场强度增强，大约为2～3 dB.图4 观测点P处的场强情况二：长方形孔的长度不变，只改变其宽度，分别为size1=18 mm，size2=22 mm和size3=26 mm.由图5可以看出，宽度改变时，线槽内耦合的电场强度变化不明显.图5 观测点P处的场强(3)孔阵数量的影响平面波的入射角为0°，方位角为0°，极化角为0°(电场极化方向与孔的长边垂直).保持开孔总面积不变(面积为2 880 mm2)，将尺寸为30 mm×4 mm的孔沿长边方向n等分，这里取n=1,3,5.由图6可以看出，在开孔总面积不变时，随着开孔数量的增加耦合到线槽内的电场强度减弱.图6 观测点P处的场强5 结论(1)在动车组通信线缆线槽的设计过程中，不论哪种开口方向都破坏了线槽的表面电流分布，因此，合理开孔的方向设计是提高线槽电磁兼容性的良好办法.通常情况下线槽上的开孔方向还要与线缆敷设方向相同；(2)对于矩形孔来说，与电场极化方向垂直的边长变化，对线槽屏蔽效果的影响更大；(3)在保证机械强度的前提下，应尽量增加线槽的开孔数量.但这并不意味着随着开孔数量的增加，线槽内耦合的电场可一直减小，当孔的数量增加到一定程度后，线槽内耦合电场衰减程度也将逐渐降低，因此进行线槽设计时应结合实际情况综合考虑.参考文献：【相关文献】[1]何笑冬. 关于动车组线缆耦合的电磁兼容性研究[D]. 北京:北京交通大学, 2016.[2]蔺安坤. 车载通信总线的抗电磁干扰性分析[D]. 西安:西安电子科技大学, 2010.[3]郝翠. 传输线理论在光线陀螺寻北仪电磁屏蔽中的应用研究[D]. 北京:北京交通大学, 2014.[4]张刚，王立欣，刘超. 一种求解屏蔽电缆场线耦合问题的混合方法[J]. 电工技术学报，2010,25(5)：9- 13.[5]李颖. 基于电磁拓扑的矩形腔孔缝耦合分析与计算[D]. 长沙:国防科学技术大学, 2012.[6]李艳芳，付子豪，周素云. 矩形金属腔体场分布计算[J]. 江西科技师范大学学报，2013(6)：80- 85.[7]刘峰. 基于电磁拓扑的后门耦合特性建模方法研究[D]. 南京:南京航空航天大学, 2014.[8]单秦. 高速动车组电磁兼容关键技术研究[D]. 北京:北京交通大学, 2013.。
高速动车组列车连接器电缆屏蔽技术研究 白欣玉
高速动车组列车连接器电缆屏蔽技术研究白欣玉摘要：动车组列车各种设备之间的电缆安装和布置会对动车系统的电磁兼容性产生很大的影响。
由于动车组在有限的车厢内安装了大量的电子设备和电缆,不同强弱程度的信号在车厢内交织和混合，因而形成不同程度的线间耦合。
因此，不良的布线很大程度上会造成电磁干扰。
本研究的重点是研究和开发六种布线保护工艺，为提高动车组列车的生产水平提供参考建议。
关键词：动车组列车；连接器；屏蔽电缆；屏蔽层引言屏蔽能够能够有效地抑制电磁干扰，是电磁兼容控制的主要方法之一。
当屏蔽层接地后，干拢电流通过屏蔽层短路接地，从而屏蔽电缆传输信号。
屏蔽电缆的理论研究早在19世纪30年代就开始了，现阶段对屏蔽电缆的研究已转向多芯电缆。
1 屏蔽电缆的定义屏蔽线是指在电缆的绝缘导线外层的精细的金属丝纺织层。
当电缆的外表面覆盖有绝缘层和屏蔽层，称为屏蔽电缆。
屏蔽电缆的屏蔽层用裸铜丝或镀锡铜丝编织包裹在电缆绝缘皮内。
2 动车组用高压电缆结构动车组高压电缆是在动车组设备之间敷设的，是电气设备的电线电缆之一。
其额定电压为26/45kV，用于实现动车组牵引变压器高压端与动车组顶部高压设备之间的电气连接，并与动车组共同驱动。
二者共同承受循环环境应力的影响。
由于动车组列车运行振动的特殊性,26/45kV高压电缆可能继续保持拉伸、弯曲和扭转状态,并受到酸性雾霆、碱性清洗剂、变压器油浸等物质侵蚀以及外来电磁干扰,导致电缆故障。
因此,在高压电缆的结构设计过程中必须考虑高压电缆的实际工作环境,减少主要环境因素对高压电缆总体性能的影响,确保高压电缆的使用寿命。
因此，电缆需要由导体、导体屏蔽、绝缘、绝缘屏蔽、金属屏蔽和护套组成，其中金属屏蔽起着电磁屏蔽的作用，提高了电缆的力学性能。
抗拉强度是指电线电缆各种结构材料或构件在单位截面面积下的破坏力。
它表示电缆材料或部件在拉力作用下承受损伤的能力。
它是非金属材料和金属材料广泛的力学性能指标。
非金属材料的抗拉强度的电线和电缆绝缘和护套EMU通常低于15 N/mm2,而抗拉强度的金属盾之间的绝缘和护套可高达294N/mm2,它有一个显著的提高电缆的机械性能的影响。
屏蔽双绞线抗电磁干扰研究及其在城轨车辆上的应用
ｏ ｔｉｅ ． ｉａｌ，ａ ｘ ｍｐｅｏ Ｔ ｓ ｒｎ ｉｖｈｃｅ ｌｍｉａｅ ｂａｎ ｄ Ｆｎ ｌ ｙ ｎｅ ａ ｌ ｆ Ｐｉ ｍａｓｔ ｓ ｅ ｉｌｓｉ ｉｕ ｎ ｔｄ Ｓ ｎ ａ ｔ ｓｌ
Ｋｅ ｒ ｓ Ｔ ｓ ｉｌｅ ｗｉｅ － ａｒ ｒｓ ；Ｅ ； ｗ ｏ ｓ ｅ；ｃｏ ｓ ｌ； ｍａｓｔ ｎ ｉｖｈｃｅ ｙｗｏ ｄ ．Ｓ Ｐ（ｈｅｄ ｄｔ ｓ ｄ ｐ ｉｗｉ ） ＭＩ ｔ ｏｐ ｒ ｔ ｒｓｔ ｋ ｔ ｅ ｔ ｎ ａ ｓ ａ ｓｔ ｅ ｉｌｓ ｒ
Ｓ Ｐ ｏ ｈ ｅｄ ｎ ａ ｅ ｔ ｉ ｅｅ ｔ ｅｍｉ ａｓ ｈ ｏ ｇ ｎ ｌｓｓ ｏ ｈ ｅ ｔｄ ｌ ，ｄ ｅ ｓ ｉｌ ｉ ｇ ｌｙ ｒｗ ｔ ｅ ｓ ｎ ｂｅ ｔｒ ｉ ａｓｉ Ｔ ｆｓ ｉｌ ｉｇ ｌ ｙ ｒ ｈ ｄ ｆ ｒｎ ｒ ｎ ｌ．Ｔ ｒ ｕ ｈ ａ ａ ｙ ｉ ｎ ｔ ｅ ｔｓ ａａ ｉ ｈｅｄ ｎ ａ ｅ ｉ ｒ ａ ｏ ａ ｌ ｅ ｎ ｌ ｓ ｗｉ ｆ ｔ ｈ ｍ
关键词 ・ 屏蔽双绞线 ； 电磁干扰 ； 二端 口网络 ； 串扰； 城轨车辆 中图分类号 ：Ｆ ２ ６ ．； ２ ０３ Ｍ ４ Ｕ ７ ． ２ ８ 文献标识码 ： Ａ 文章编 号：１７ — １７ ２ ０ ）５ ０ １— ４ ６２ １ ８ （ ０ ６０ －０ ４ ０
Ｓ ｕ ｙｏ ｔ ｄ ｎ ＥＭ Ｉ ｆ ｅ ｆ ＴＰ ａ ｄ ｉ ｐ ｌ ａ ｉ ｎ ｉ ａ ｓｔ ａ ｓｔ ｅ ｉｌｓ － ｒ ｅｏ Ｓ ｎ ｓａ ｐ ｉ ｔ ｍ ｓ ｒ ｎ ｉ ｖ ｈ ｃｅ ｔ ｃ ｏ ｎ
Ｏ 引言
近年来 ， 大量 新技术新 产品的应用 ， 使得机车 电磁 环
进行验证。 ｌ 抗干扰机理
由电磁感应知识 可知 ， 电磁感应 的方 法 中 ， 小 抑制 缩
关于电磁干扰对动车组信号传输造成的影响分析及优化
关于电磁干扰对动车组信号传输造成的影响分析及优化发布时间：2023-06-07T06:31:39.486Z 来源：《科技新时代》2023年5期作者：孙宗广张亮刘喜东孙凯纪银波[导读] 车辆信息控制装置是通过车辆连接线的信息传输来减轻车辆的重量,并且通过对有关车辆运行及车载设备动作的信息进行集中管理,来达到有效地辅助司机及乘务员保养设备，提高服务质量目的的系统。
传输线有光纤传输线和自我诊断信息传输线（双绞屏蔽线）2种。
中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 226000摘要：本文对动车组信号传输系统进行了概述，引出了信号传输过程中，电磁干扰会造成一系列不良影响；列举了由于电磁干扰造成的信号传输不良问题三个案例，并对案例进行了详细的分析，依据实际的跟踪监测验证，制定了相对应的优化措施。
关键词：电磁干扰传输不良屏蔽层滤波器1.动车组信号传输逻辑的概述车辆信息控制装置是通过车辆连接线的信息传输来减轻车辆的重量,并且通过对有关车辆运行及车载设备动作的信息进行集中管理,来达到有效地辅助司机及乘务员保养设备，提高服务质量目的的系统。
传输线有光纤传输线和自我诊断信息传输线（双绞屏蔽线）2种。
传输路径的冗长性，故障发生时进行以下的切换动作（躲避发生故障的地方）。
车辆信息传输系的传输路径切换，车辆信息传输系有右转和左转2条线路、用以下的方法回避故障。
控制指令等要求快速应答的数据：总是向两个系统同时送信及时地回避故障处（切换时没有延迟）。
监控信息等其他的数据：通过送信源的光传输节点检测出一个方向无应答时，就转向其他方向送信，回避发生故障的地方。
中央装置内控制传输部的切换控制传输部1系、2系通过双CPU进行常时的自我故障诊断，1系故障时使用来自2系的数据。
牵引变流器、制动控制装置间的切换在装置侧进行异常检测,故障时切换到控制传输部传来的备份用指令。
自我诊断传输线，通过能独立进行自我诊断的自我诊断传输线（双绞屏蔽线）进行常时监视功能。
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Ｕｉ（ｆ＝易一庇）分别与阮对比，运用公式２０１９（Ｕａ／Ｕｉ）
求得的分贝数即体现其抑制干扰能力，分贝数越 大，抑制干扰能力就越强。 下面是具体的测试结果（见图３）和数据分析。 图３（ａ）其屏蔽层虽是一端接地，但不作信号 电流回线作用，在此频率上对磁场基本上没有抑制 作用，１ＭＱ电阻上测得实际噪声电压为０．８Ｖ，为 参考标准。图３（ｂ）（Ｃ）使用双绞线，其余为屏蔽 双绞线。图３（ｂ）由于两端接地，地线阻抗与信号 线阻抗不对称，地电流造成双绞线不平衡，因此降 低了双绞线抗磁场干扰的能力。图３（Ｃ）采用单点 接地，对磁场干扰具有高达５５ｄＢ的衰减能力。图３ （ｄ），对抑制干扰的改善并无帮助。若屏蔽层两端 都接地，图３（ｅ）的绞线结构所提供的衰减量应高 于５５ｄＢ，但由于受电场干扰的影响，使其只具有 ２８ｄＢ衰减能力。图３（ｆ）中屏蔽层一端接地，另一 端悬空，因此屏蔽层上没有返回信号电流，所以屏 蔽层只有抗电场干扰能力，而无抑制磁场耦合干扰 能力，所以与图３（Ｃ）相比，衰减量增加至７０ｄＢ。 图３（ｇ）的屏蔽层双端接地，具有一定的抑制磁场 耦合干扰能力，加上双绞线本身的作用，因此具有 ６３ｄＢ的衰减能力。但与图３（ｆ）相比，图３（ｇ）的 衰减量减少，这是因为屏蔽层的电流会造成接地端 的电位差，使两条绞线上引入的噪声电压不一样 大。图３（ｈ）比图３（ｆ）能提供更大的衰减，它综 合了电路（ｆ）和（ｇ）的优点。但图３（ｈ）的接法 并不常被采用，因为屏蔽层上的噪声电压或电流可 能会引入信号导线。
３屏蔽层端接方式测试和数据分析
由于机车电磁环境的恶劣，以及双绞线并非 理想的平衡传输系统，因此仅仅靠双绞线自身的 绞扭来抑制干扰是远远不够的，必须借助屏蔽层 的保护，以实现设备或子系统间的电磁兼容。所
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万方数据
２００６年第１１期
研究与开发
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研究与开发
决于源电路产生的磁通量穿过感应线和地平面之 间的面积大小，即图１（ａ）中的阴影部分。
以，在实际机车线广播系统、显示系统和计算机 网络中，一般选取抗电磁干扰性强且价格较低的 屏蔽双绞线进行布线。屏蔽层不仅防止外部干扰 进入绞又控制自身信号对外辐射干扰 （绞线自身在一定程度上也可以做到）。可以这样 说，屏蔽双绞线综合了双绞线和屏蔽层的优点， 在一定程度上使得双绞线与外部环境相互独立。 但这必须是在屏蔽层良好合理接地的情况下才能 实现，否则将引入新的干扰。下面将对屏蔽层接 地方式进行比分析。 图２所示的测试装置【『７１，测试频率为５０ｋＨｚ。 电缆Ｌｌ和Ｌ２之间存在耦合，分别测得１ＭＱ电阻 上的电压ｕ。定义图３（ａ）连接方式下所测电压 Ｕａ为参考标准，为０ｄＢ。其他连接方式所测电压
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；Ｂｅｉｊｉｎｇ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ；Ｂｅｉｊｉｎｇ
２．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｒａｉｌｗａｙ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ Ｃｏ．．Ｌｔｄ；Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００６２；Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
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Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
Ｋｅｙｗｏｒｄ：ＳＴＰ，ＥＭＣ，ＥＭＩ，ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｓ
引言
目前，电磁兼容性是机车研究和生产所面临 的一个重要课题。很多文献对机车电磁兼容问题 做出了研究，文献［１］介绍了机车车辆产生的电磁 波电平的测量例子和对电磁场的相关规定；文献 ｆ２１１３１全面分析了机车上存在的电磁干扰现象，并 做出ＥＭＣ设计方案；文献［４］对车辆电子装置的电 磁兼容问题作了研究。近年来，大量新技术新产 品应用于机车车辆，使得机车电磁环境越来越复 杂。电缆作为连接各类设备和子系统的纽带，对 设备的正常工作起着举足轻重的作用。在机车这 个复杂的电磁环境中，一般采用抗电磁干扰性较 强且价格较低的屏蔽双绞线进行设备和系统互 连，以实现设备和子系统特别是敏感系统：广播
ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｗｉｓｔｅｄ ｗｉｒｅ
ｐａｉｒｓ（ＴＷＰｓ）
Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ
ａ
ｃｉｒｃｕｉｔ
ｍｏｄｅｌ［Ｊ１．ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ
Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ．２００５，（５）：５１—５５．
Ｈ．Ｊ．Ｈｕｍｂｅｒｔ等（德）．铁道机车车辆的电磁兼容 性（一）［Ｊ］．变流技术与电力牵弓１．２００１．４：１１—１４．
噪声衰减量 ／ｄＢ
２３
３７
４１
４３
然而在实际电路中，双绞线不可能完全去消 除电磁干扰，一方面绞合在一起的两根导线很难 保持其长度真正相等，并且每根导线的线路阻抗 也不会完全相同，另一方面周围的金属、施工中 的牵拉、弯曲等情况也会破坏其平衡特性，故因 此在某些情况下需要建立双绞线串扰预测模型， 估算双绞线串扰的大小，具体可参考文献［５］，这 里就不再详细推导。
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＳＴＰ ｏｆ ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ ｌａｙｅｒ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｒｍｉｎａｌｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｓｉｓ
ｏｎ
ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｄａｔａ，ｔｈｅ
ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ ｌａｙｅｒ ｗｉｔｈ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｔｅｒｍｉｎａｌｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＳＴＰ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｓ ｉＳ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ．
所示的应用中，采用了这种接法。这种接法虽然 抑￥ＩＪｄＢ数不算高，但它可靠性较好，不论在什么现 场环境都可用，并能有效地抑制系统中的电场和 磁场耦合干扰，提高了系统的电磁兼容性能，从而 保证系统安全稳定地运行。
５
结论
本文分析了屏蔽双绞线的抗电磁干扰机理，为
现场布线人员理解双绞线抗干扰机理提供了帮助。 使用屏蔽线时，如何接地很重要。本文对屏蔽双绞 线屏蔽层５种端接方式（图３（ｄ）～（ｈ））进行了 实验测试，分析实验数据得出，单端接地一般用于 低频段（图３（ｆ）），双端接地在高频段能提供较 好的效果（图３（ｇ））。在机车广播系统中，由于 语音信号属于低频信号，所以采取的是设备侧单点 接地方式，与图３（ｆ）Ｎ１］试结果相符，验证了实际应 用的合理性，有一定的实际意义。
（上接第２４页）
㈠
［２］
刘和平等．ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０ｘ ＤＳＰ结构、原理及应用． 北京航空航天大学出版社，２００２，４．
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¨『ｒ ｉ 图８ 逆变器负载时的输出电压波形
［３］
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Ｐｅｉ，Ｘｉｎｃｈｕｎ Ｌｉｎ，ｅｔａｌ．Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ
ｏｆ ｔｈｅ Ｄｓｐ—ｂａｓｅｄ ｆｕｌｌｙ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ＵＰＳ．ＩＥＥＥ， Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．２００１，２９６—３００．
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图４机车车辆广播系统简化结构
参考文献
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ａｎｄ ｂｙ
ｏｎ
ｏｆ ｖｏｌｔａｇｅ
ｃｕｒｒｅｎｔ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｈｉｅｌｄｅｄ Ｔｗｉｓｔｅｄ－ｐａｉｒ Ｗｉｒｅｓ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｓ
ｏｎ
Ｙａｎｇ
Ｍａ ＭｉｎｇＩ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ
Ｚｈｉｒｅｎ２
Ｚｈａｎｇ Ｘｉａｏｑｉｎｇｌ Ｊｉａｏｔｏｎｇ
Ｌｉ Ｄａｚｈｏｎ９２ １０００４４；Ｃｈｉｎａ
［６】
杨克俊．电磁兼容原理与设计技术［ＭＩ．北京：人 民邮电出版社，２００４，８：１５２—１８８．
【３］
Ｈ．Ｊ．Ｈｕｍｂｅｒｔ等（德）．铁道机车车辆的电磁兼容 性（二）［Ｊ１．变流技术与电力牵引．２００１．５：１３—１６．
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［４］
严云升．铁路机车车辆电子控制装置的电磁兼容 性研究［Ｊ】．机车电传动．２００ｌ。３（２）：１１－１３．
一
图１对比分析
如果将两个接收线扭绞在一起，如图２（ｂ）所 示。实际中，两线分别由绝缘层包裹着，紧紧地 扭绞在一起，与图１（ａ）相比其接收环面积变的 很小，即图１（ｂ）中的阴影部分。更重要的是在理 想情况下，源电路产生的磁通量，在每个环中感 应的电磁场恰好相互抵消。如果扭绞线的环数是 偶数，则电感耦合分量为零。如果扭绞线的环数 是奇数，总的电感耦合只等效为一个环的作用。 可见使用双绞线可大大地降低电路中的电感耦合 干扰。同时双绞线还可以降低导线之间的非平衡 性互电容，有利于平衡传输，还可以降低衰减， 并可保持恒定的特性阻抗。 双绞线对串扰的抑制能力还与干扰源频率、线 绞距，终端电阻有关，表ｌ列出绞距对抑制串扰的 影响，绞线终端接１００ Ｑ电阻，测试频率为５０ｋＨｚ。
瑶黼仁
Ｌｉ为加号拽沿 ２５ｃｍ直径境１０圈 ｂｉⅡｍ置电缆３圈与 Ｌｌ同ｏｏ，５，轴，直 径为２０ｃｍ
图２测试装置
１００
Ｑ
ｌ再ｆＱ
图３干扰实验结果
４应用实例
图４为城轨车辆广播系统简化结构，采用屏蔽 双绞线进行设备互连，其中虚线表示屏蔽层，广 播通讯总线采用ＣＡＮ总线。从图４可看出，屏蔽层 采用的是单点接地方式，这是由于在音频系统中， 各种通道的信号频率大多在１ＭＨｚ内，属于低频范 围。低频时屏蔽层两端接地，形成了地环电流， 不能充分有效地减少电流环路面积，且将在屏蔽 层形成磁场，干扰被屏蔽的导线，引起噪声干扰。 基于上述原理和３部分的测试数据分析，发现 图３（ｆ）、（ｈ）采取屏蔽层单点接地，满足实际应用情 况。图３（ｈ）屏蔽效果虽然最好，但因屏蔽层引起的 噪声电压或电流都可流入信号导线，故这里并不 采用。图３（ｆ）靠双绞线抑制磁场耦合干扰，并且屏 蔽层一端接地，可起到电场屏蔽作用，同时屏蔽层 不再作为信号导线，不会引入其它噪声，故在图４