电力机车布线设计

电力机车布线设计

史建飞李华郭吉星马中云

(中车大同电力机车有限公司山西大同037038)

摘要：基于电力机车布线设计原则，重点阐述了电力机车布线设计中应该考虑的电磁兼容、预布线设计及如何充分利用CATIA三维软件实现电力机车布线设计，完成设计输出，以更好的指导现场施工，提高生产效率。

关键词：电力机车布线电磁兼容预布线CATIA三维软件

1前言

近几年来，通过引进、消化、吸收再创新，实现了我国轨道交通研发、制造业的快速发展，尤其在大功率交流传动电力机车的开发领域，取得了长足的进步，一改以往完全依赖进口的局面。随着大功率交流传动电力机车的广泛应用，激烈竞争的市场对产品的质量保证能力和交付能力的苛刻要求，使得对线缆加工和敷设技术也提出了更高的要求。

2机车布线设计要求

电力机车布线是指机车各个电气设备之间，按电路要求用电缆、电线连接起来所形成的完整系统，使各个电气设备按逻辑控制，保证机车按指令工作。机车布线作为机车实现功能的传输载体，在机车设计、生产中均占着举足轻重的地位，机车布线设计的合理与否直接影响着机车安全性、可靠性，影响着机车的质量；现场机车布线是一个繁琐而又耗时的工作，机车上布线线缆有成千上万根，稍有不慎就会出现漏布或布错的可能，如何从设计源头上减少这种状况的发生，提高工作效率，生产出高品质的机车，成为机车制造行业不懈的追求。因此研究电力机车布线具有十分重要的意义，如何更好的把握当前电气布线，是对未来电气研究的一项重要挑战。

机车布线设计原则：满足机车电磁兼容要求；最大化的实现机车预布线；确保机车电缆连接可靠，规范机车电缆、连接器、接线端子、端子排等的规格；机车布线应美观可靠，并便于检修维护；遵循机车布线相关标准。

2.1电力机车布线的电磁兼容性设计

电磁兼容的机理及措施：

电磁干扰三要素及其关系如图1所示:

图1电磁干扰三要素及其关系模型

干扰源：产生电磁干扰的源头，对于交流传动电力机车而言，主要为主变流器、辅变流器。110V充电器等。

偶合途径：耦合通道，空间耦合及传导耦合，主要表现为线线窜扰及辐射干扰。

敏感设备：主要指微机、网络控制设备和通信、信号设备，通常为弱电设备。

从电磁兼容的机理可知，只要消除电磁干扰三要素中的任何一个要素就可实现电磁兼容，而要消除电磁干扰三要素中的任何一个要素，其措施常为：屏蔽、滤波和接地。

从以上的分析中可以看出解决电磁干扰的一些方法，依照此方法，总结出以下电力机车布线中应遵循的电磁兼容设计原则。

(1)电缆分离布置

在电力机车布线电缆敷设时，所有的电缆均先按电磁兼容性进行分类，不同电压等级的线在线槽中按规定分开布置，隔开一定的距离，需要的地方加金属保护管防护。电磁兼容性电缆类别按其电压等级进行划分，分类见表1，隔开最小距离见表2。

(2)导电结构的使用

电缆安装靠近车辆的导电结构（金属车身板、金属电缆导管、金属套管等通过导电方式与车身连接的部分），最大限度的利用从金属表面反射的反向电场，以消除电缆产生的电场。如辅助电路导线与牵引电机线重合时尽量远离牵引电机线并且采用金属保护管进行电场屏蔽防护。

(3)屏蔽与接地

信号电缆进行屏蔽，以提高抗干扰性，在预期的电磁干扰很强烈的情况下，所有类别的电缆均应进行屏蔽，如中央低压布线时，靠近高压电缆处，都需加金属屏蔽管，并可靠接地。

屏蔽接地时，在尽可能大的面积上进行。同一线束的几个屏蔽线通过桥接方式连接，再接到插头、插座的相同点位，使屏蔽连续，并在过渡端子排处将其屏蔽层通过接地端子接到大面积的安装底板上，插座外壳就近通过安装处的接地座连到车体。

布线槽采用铝制线槽各线槽间用编织线互连线槽就近多点接地;各设备(包括电气屏柜、机车顶盖、各风机外壳、各插座外壳)的金属外壳就近接地，所有的金属外壳都要通过编织线就近接地。接地线安装时一定要涂上电接触油脂，以保证良好接地并且接地线尽可能得短。

2.2电力机车布线的预布线设计

电力机车布线设计中，提前将预布线考虑在内。机车预布线技术是机车整体设计理念和先进工业化施工工艺设计技术互相结合的一种技术，根据设备的安装位置将控制电路结构化、模块化。为实现机车控制回路的预布线，机车各个屏柜的控制回路出线方式采用连接器形式，设备与设备之间的线缆连接尽可能通过连接器直接对接，虽然增加了连接器的数量，但是减少了中间的过渡环节，既方便线缆实现预布线也方便检修查线。

HXD2系列机车及后续新开发车型的预布线设计都遵循一个从顶向下、模块设计的原则。先预布线设计，按功能分隔设计出各个设备的布线接口，规定其主、辅、控制各线的接口，各设备再按此原则进行设计。HXD2系列机车的设备布置采用中间走廊的布置方式，要求机车的主电路、辅助电路和控制电路的电线、电缆一定是分开布线，这样既有利于实现电磁兼容，又能最大化实现机车预布线设计。预布线设计原则如下:

(1)控制用导线、行车安全设备线和电台线采用预布线型式车下预布好后吊装上车即可，导线位于车体两侧顶上的布线槽内。

(2)牵引电机线和辅助电路导线位于中间走廊地板下方也采用预布线型式车下预布好后吊装上车即可。

(3)进入司机室的控制线走预布线从车体左侧顶上密封模块进入司机室。进入司机室的辅助电路线从中间走廊地板下方进入司机室。

(4)灯线与控制线分开布置位于顶盖下方。

按此设计原则，机车布线分成了以下几部分：高处布线、司机室布线、车下布线、车体-转向架电气连接、内重联电气连接、中央低压布线、顶盖布线、司机顶棚布线及导流罩布线。模块化的布线设计最大化的实现了机车预布线，很大程度上减少了工人车上作业的难度，提高了劳动效率，降低了出错率。

2.3电力机车布线材料的选择

在电力机车布线设计中，电缆，插头插座、端子等材料的选择也至关重要，稍有不慎将酿成大祸。

电缆选择，需要根据不通电压、载流量及使用环境等条件进行选择。

插头、插座和接线端子应按不同电压、电流及防护要求进行选择，相同规格的插头、插座应具有互换性。

电力机车布线设计时，材料尽量选择类型统一，以减轻现场操作难度。选择了合适的材料，还要考虑线缆的密封、防护及插头、座的防尘防水性等内容。

2.4布线设计输出

在一切准备工作就绪，需完成设计输出。设计输出是指导生产的最好武器，输出质量的好坏直接影响的生产效率及机车质量。

电力机车布线的设计理念是尽量做到车下下好线，保证长度合适，压接好端子、加工好连接器，以保证接线准确的前提下，在车下预布线或到车上现场布线，这样既可缩短布线时间、保证布线美观，便于批量作业，同时还可节省电缆，降低成本。

如何寻求最佳布线路径，给出合适的线缆长度是实现上述布线理念的前提，CATIA三维工具软件的应用成功解决了这一难题。在了解机车设备布置及机车整车布线设计原则基础上，弄清楚设备与设备之间线缆连接关系及接口，就可以以CATIA三维软件为工具进行布线设计。

CATIA三维布线软件操作过程大致如下：

(1)基于机车的三维模型，定义电器件电气属性，后将布线设计中需要安装的设备如线缆密封模块、过线模块、线缆支架、连接器等在CATIA装配环境下都安装好，同时将布线路径上都摆放好布线支撑,如扎带等；在此操作过程中需注意，不要直接在机车三维中安装，一定要提取机车参考面来操作，要不然布线三维模型与机车三维模型无法分开。

(2)进入到CATIA三维布线环境中，按照线路的连接关系，走线路径等将各个电气设备布线连接，布线时需要设置线缆外径，弯曲半径，松弛度等相关参数，有时因布线支撑放置不合适或是线缆弯曲半径等选择不合适，布出线缆出现问题，这时需要调整线缆，调整的原则是：先更改线缆弯曲半径调整，如果还存在问题，需要切换到装配界面调整布线支撑，反反复复，直到线缆布好为止。

(3)将布好的三维转成二维图，以供车间施工用。

三维布线完成的效果图与我们现场布线效果基本相同，从三维布线图中就可以很容易的量出设备与设备之间的线缆长度，很清楚的了解到机车内设备安装、布线路径等相关内容。

CATIA三维工具软件的应用成功实现了机车布线美观、可靠地布线设计，并且利用其所出设计图纸，给人以直观印象、三维概念，使工人师傅能够很快了解到都有什么设备，如何走线，各个插头的线缆需布到什么位置，大大提高了车间生产效率。

3结束语

在掌握电力机车布线设计原则的基础上，利用合适的制图软件，高效率完成布线设计输出，使其更好的指导现场施工。从各个新开发车型设计阶段及现场施工操作来看，以上所述布线设计产生相当好的效果。

参考文献

[1]郭立平.胡秀英.TB/T1507-93机车电气设备布线规则.

[2]钱照明.电磁兼容设计基础及干扰抑制技术[M].浙江：浙江大学出版社，2000.