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地鐵車輛電氣布線要點

文檔作者：王愛武蘇紅胡文斌文檔來源： 1．南京理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 2．南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年04月27日
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斕 重 謄瑩善
地鐵車輛電氣布線要點
王愛武 蘇 紅 胡文斌
(1．南京理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，210094，南京
2．南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，210032，南京∥第一作者，高級工程師)
摘要 電氣布線是地鐵車輛設(shè)計的重要內(nèi)容。為了提高
地鐵車輛的可靠性、安全性和可維護性，并能有效地降低制
造成本，從模塊化思想、電磁兼容和安全性等多個角度介紹
了地鐵車輛電氣布線的方法與規(guī)則。
關(guān)鍵詞地鐵車輛；電氣布線；模塊化
中圖分類號U 270．38 I
Elements in M etro Vehicle W iring
W ang Aiwu，Su Hong，Hu W enbin
Abstract Electrical wiring is an important design content
of metro vehicle．To improve the reliability，maintainability
and safety of metro vehicle，and decrease the manufacturing
cost efficiently，some methods and rules of electrical
wiring are introduced from aspects of modularization，elec—
tromagnetic compatibility and security．
Key words metro vehicle；electrical wiring；modularization
First-author’s address School of Energy and Power Engi—
neering，Nanjing University of Science and Technology，
210094，Nanjing，China
現(xiàn)代地鐵車輛功能越來越豐富，伴之而來的是越
來越復(fù)雜的車輛電氣系統(tǒng)，并帶來電磁兼容、人身和設(shè)
備安全、生產(chǎn)的難度和效率等諸多方面的問題。傳統(tǒng)、
簡單的電氣布線方式已經(jīng)不能滿足日益復(fù)雜的車輛電
氣系統(tǒng)需要，這就需用更加系統(tǒng)、規(guī)范的方法和手段來
適應(yīng)車輛電氣布線的新要求。
1 電氣布線的模塊化思想
模塊化思想是將復(fù)雜龐大的系統(tǒng)分解成多個規(guī)
模較小的、相互間耦合性很小的模塊來實現(xiàn)。模塊
化思想貫穿了產(chǎn)品的整個生命周期，從設(shè)計到工藝
到制造，甚至延伸到市場開拓和售后服務(wù)階段。其
每一個環(huán)節(jié)都可以通過模塊化思想來避免重復(fù)勞
動，同時便于每個功能的標(biāo)準(zhǔn)化，最終達到降低成
本、提高效率、便于維護和升級的目的。
對于電氣布線，模塊化思想主要體現(xiàn)在功能區(qū)
域劃分和線束化兩大工作內(nèi)容。
功能區(qū)域的獨立性越強，區(qū)域問的裝配、測試、維
護等工作的相互影響程度就越小。線束化避免了布線
前期工作與車體制造、初期裝配等工作之間的影響，同
時也避免了不同功能區(qū)域之間布線的相互影響。
電氣布線功能區(qū)域劃分要結(jié)合電氣機械設(shè)計開
展，通常除了獨立的大型電器設(shè)備(如變流器、空調(diào)控
制柜等)，還劃分出高壓箱、中低壓箱、車端電器柜等功
能區(qū)域。各區(qū)域內(nèi)部的布線相對獨立，功能區(qū)域之間
通過整車布線線槽中分等級的線束進行連接。這一工
藝在電氣原理設(shè)計階段就要充分考慮。對于電氣原理
圖中的電器元件，不僅要定義其所屬的系統(tǒng)(如牽引系
統(tǒng)、制動系統(tǒng)、門控系統(tǒng)等)，還要定義其所處的空間區(qū)
域(如司機室隔墻電器柜、二位端電器柜、車下高壓箱
等)。元器件空間位置定義的合理性直接影響到各功
能區(qū)域的獨立程度，進而影響到電氣布線的模塊化
效果。
線束設(shè)計需要兩項重要輸入：一是各元器件的
連接器和接線端子的空間位置，二是連接清單(包含
電纜線號、電纜線兩端的器件和針腳號等信息)。工
藝人員根據(jù)這兩項信息，并考慮避開走線路徑上的
干涉，同時要考慮走線的美觀和節(jié)約用料，這樣就可
以設(shè)計出三維的電氣線束；再根據(jù)現(xiàn)場制作的需要，
將三維的電氣線束展平成平面圖形，繪制成線束模
板圖。線束制作工人只需根據(jù)線束模板圖就可以加
工出合格的線束，不用依賴于現(xiàn)車，所加工出線束的
一致性也較好。線束模板圖的樣例見圖1。
連接器針腳對應(yīng)線號
圖1 線束模板圖的樣例
· 97 ·
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2 電氣布線的電磁兼容性
隨著地鐵車輛電氣功能的增加，車輛電磁環(huán)境
也變得愈為復(fù)雜。這就要求在做布線工藝設(shè)計時，
需充分考慮電磁兼容性問題。
電磁干擾的三要素為干擾源、傳輸途徑和干擾
對象。對于布線工藝設(shè)計來說，主要是通過掐斷或
削弱電磁干擾的傳輸途徑來解決電磁兼容性問題，
因為另外兩個要素在大多數(shù)情況下是由設(shè)備而不是
由布線決定的。掐斷或削弱電磁干擾傳輸途徑的方
法主要有電纜分級和屏蔽。
電纜分級是指將電纜根據(jù)干擾強度和敏感程度
分為若干等級。不同等級的電纜線之問必須保持一
定的距離或敷設(shè)于不同的線槽之中，以避免相互之
間的干擾耦合。例如，可將電纜分為5個等級，級號
越低就表示其干擾強度越低，一般其敏感程度也就
越高。不同等級的電纜線問最小距離可根據(jù)類似于
表1的矩陣表來確定。
表1 不同等級電纜間最小距離矩陣表示例
電纜等級 1 2 3 4 5
3～ 6 cm 3～ 6 cm 10 cm 15～ 2【)cm
3～ 6 c：m 3～ 6 cm 10 cm 15～ 2()cm
3～ 6 cm 3～ 6 cm 1()cm 15～ 2O cm
1()cm 1()crrl 10 cm 15～ 2()cm
15～ 2()cm 15～ 2()cm 15～ 2()cm 15～ 2()cm
屏蔽可分為兩種情況：一種是避免外界對自身
電纜的干擾，如低壓信號線；另一種是避免自身對外
界的干擾，如牽引電機電源線。屏蔽的方式可采用
金屬線槽、金屬軟護套管或電纜本身自帶屏蔽層來
實現(xiàn)。
屏蔽體接地設(shè)計的質(zhì)量直接影響到屏蔽的效
果，也是工藝設(shè)計中的一大難點。一般來說，對共模
干擾敏感的電纜宜采用單點接地，因為多個接地點
問的電位差會在屏蔽體中形成電流。該電流會在電
纜兩端產(chǎn)生感生電動勢，從而使電纜中的信號失真
(如圖2所示)。對于波長很短而電纜很長的高頻信
號(一般在電纜長度大于0．15倍波長時考慮)，則宜
采用多點接地，以減少屏蔽體的天線效應(yīng)。對于高
頻電子設(shè)備的屏蔽體(箱體)，宜采用金屬編織帶進
行接地。因為頻率越高，趨膚效應(yīng)越明顯。金屬編
織帶表面積大，故對于高頻信號的阻抗較小。
3 電氣布線的安全性
地鐵車輛為載人交通工具，除了要考慮設(shè)備的
· 98 ·
轉(zhuǎn)
圖2 兩點接地對信號影響不意圖
安全，還要充分考慮操作、維護人員和乘客的人身安
全。從乘客安全問題的角度思考電氣布線，主要應(yīng)
考慮火災(zāi)和觸電這兩個方面的問題。
引起火災(zāi)的原因包括電纜過載發(fā)熱和電氣
短路。
電纜過載發(fā)熱時如果溫升太高，則會引起火災(zāi)，
即使不立即引發(fā)火災(zāi)，也會加速電纜絕緣層的老化。
要解決電纜過載發(fā)熱的問題，首先要弄清電纜中流
過的工作電流，的大小、預(yù)期的環(huán)境溫度、敷設(shè)類
型、預(yù)計壽命、持續(xù)工作時間等因素，并根據(jù)這些因
素確定出等效的電纜電流， 的大小。
， = I／(k ·良 ·k ·k )
式中：
k ——預(yù)期環(huán)境溫度的修正系數(shù)；
k?！?— 敷設(shè)類型的修正系數(shù)；
足 一一預(yù)計電纜壽命的修正系數(shù)；
k —— 當(dāng)不持續(xù)工作時，短時電流的修正系數(shù)
(當(dāng)持續(xù)工作時k =1．())。
k 、k：、k。和k 的值都可以根據(jù)實際情況對
照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的公式和表格，用計算和查表的方法
得到。
，。的值確定后，再對照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行查表、圓
整，就可以確定電纜的截面積。只要電纜的截面積
足夠，就可以避免電纜過載發(fā)熱的問題。
電氣短路多由連接松動或電纜絕緣層破損造
成。連接松動在這里不多贅述。電纜絕緣層破損的
原因有割傷、應(yīng)力和老化等三種。
金屬銳邊、銳角與電纜絕緣層直接接觸，或線束
固定不牢導(dǎo)致車輛運行時電纜絕緣層與硬物摩擦，
就會導(dǎo)致電纜絕緣層割傷。這就要求在設(shè)計線束時
要合理選擇路徑以避開與金屬邊、角的直接接觸，實
在避不開的要考慮在金屬邊、角上增加橡膠墊等緩
沖物；另外還要充分考慮線束的固定問題，確保線束
穩(wěn)固，不與硬物產(chǎn)生摩擦。
電纜絕緣層的應(yīng)力主要是由電纜的彎曲或拉伸
繁 潮 蠢 棗 蓬 ； 曩
造成的。各型電纜都有各自的最小彎曲半徑。在線
束拐彎的設(shè)計中，一定要兼顧到線束所包含的每一根
電纜的最小彎曲半徑。線束的長度要留有一定的余
量，以考慮安裝和熱脹冷縮等不定因素造成的影響。
電纜絕緣層從制造之日起，就處于不斷老化的
過程之中。正常情況下絕緣層的老化速度非常緩
慢，在電纜的壽命期限內(nèi)絕緣層各項性能指標(biāo)均能
達到使用要求。如果遇到一些非正常的情況，如電
纜與油脂或其它化學(xué)物質(zhì)接觸、長時間過載發(fā)熱等，
絕緣層老化的速度就會大大加快。絕緣層老化到一
定程度，其柔韌性就會降低，變得易碎易開裂。所
以，線束路徑應(yīng)盡量避開油脂和其它化學(xué)物質(zhì)，實在
避不開的要做好防護設(shè)計。
避免乘客和工作人員觸電的措施主要有警示標(biāo)
志、保護接地和漏電保護。對于布線設(shè)計，重點要考
慮的是保護接地。對地鐵車輛而言，保護接地實際
上就是等電位連接，即把外露導(dǎo)電部分(如設(shè)備的金
屬箱體)用導(dǎo)線連接到車體，以保持外露導(dǎo)電部分與
車體的等電位。大多數(shù)情況下，保護接地會和EMC
(電磁兼容性)的屏蔽接地一并綜合考慮，也有少數(shù)
單獨考慮保護接地情況，如考慮避免高壓設(shè)備感應(yīng)
或放電致使外殼帶電會對人員造成傷害等。
(上接第96頁)
3 聯(lián)絡(luò)通道僅布設(shè)單側(cè)凍結(jié)孔，在對側(cè)鋪設(shè)冷
凍排管及保溫板進行保溫。通過對保溫板內(nèi)部結(jié)霜
情況的觀測，隨著凍結(jié)時間的延長，保溫板結(jié)霜均
勻，但由于缺少短排凍結(jié)孔的加強，凍結(jié)效果較1#、
2 聯(lián)絡(luò)通道差。
通過觀測發(fā)現(xiàn)，增設(shè)了短排凍結(jié)孔后，凍結(jié)效果
有了明顯加強，但凍結(jié)發(fā)展過于迅速，造成斷管現(xiàn)象
的出現(xiàn)。因此，對采用短排凍結(jié)措施，應(yīng)控制增設(shè)凍
結(jié)孔的數(shù)量，并對凍結(jié)頻率進行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化。
3 結(jié)語
通過對不同布孔方式的聯(lián)絡(luò)通道溫度場的對比
可以發(fā)現(xiàn)，不同的布孔方式對聯(lián)絡(luò)通道對側(cè)頂部區(qū)
域凍結(jié)效果有極大影響。由于頂部區(qū)域是聯(lián)絡(luò)通道
開挖過程中風(fēng)險最大的區(qū)域，綜合分析鉆孑L及凍結(jié)
情況，可得出以下結(jié)論：
1)在開挖對側(cè)上部布設(shè)短孔對于該區(qū)域凍結(jié)
有明顯的加強效果，但由于可能產(chǎn)生凍脹力無法釋
放等問題，孔位布設(shè)間距宜較大些，可參考下部加強
孔區(qū)域進行布設(shè)或采用短期停凍釋放壓力等處理
4 結(jié)語
城市軌道交通方興未艾，但國內(nèi)地鐵車輛制造
產(chǎn)業(yè)起步較晚，國內(nèi)同行們在地鐵車輛電氣方面的
研究將有很大的開拓空間。本文介紹了一些地鐵車
輛電氣布線方面的要點，以供同行參考。
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(收稿日期：2010—10—21)
措施。
2)對于兩單線隧道間距較大又無需雙側(cè)凍結(jié)的
聯(lián)絡(luò)通道，通過短排凍結(jié)孔加強的布設(shè)可以減少上部
凍結(jié)孔的長度，從而有效避免凍結(jié)孔偏斜過大、施工
困難等問題的發(fā)生，并可增強該區(qū)域的凍結(jié)效果。
參考文獻
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(收稿日期：2011—10—18)
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