中低速磁浮列车车辆布线设计研究

岳 芹 黄小丽

（中车株洲电力机车有限公司 磁浮系统研究所，湖南 株洲412001）

1 概述

中低速磁浮列车作为用于城市运输的新型轨道交通车辆，最高运行速度在70～160Km/h 左右，采用短定子直线感应电机实现无接触牵引和制动，通过电磁铁吸力实现悬浮和导向。磁浮列车与城轨车辆不同，底架空间小而设备多，所以其电气布线方式也有着自己的特殊性，亟需一套适用中低速磁浮列车的布线设计方法。

2 布线设计研究

布线系统作为列车的“神经系统”，其高中低压电气系统的布线设计研究在整车总体设计中至关重要。本文基于对已执行中低速磁浮项目的布线分析研究，从以下几个方面进行布线设计论述。

2.1 整车布线

磁浮列车整车布线包括车上布线，车下布线和车端布线。其中车上布线分为客室布线、司机室布线，车下布线主要为底架布线，底架布线又根据电路特点分为主辅控电路布线。

2.2 布线设计

磁浮布线设计主要从电缆载流量计算与选型、电气连接、布线规则、三维布线四个方面考虑。

2.2.1 电缆载流量计算及选型

根据磁浮列车电缆应用的电压等级和功率，将电缆分为H、A、B、C 共4 类，分类原则如下：

H 类：主电路线缆（指DC1500V 电源线，包括牵引电机电源线）；

A 类：AC380V、DC330V、AC220V 电线电缆；

B 类：110V、24V、15V 电源线、控制线；

C 类：传感器信号线、MVB、WTB 的网络通讯屏蔽电缆等。

以磁浮列车的AC380V 的辅助电路为例，进行电缆的载流量选型及计算。

AC380V 辅助电路的额定容量为75KVA。

2.2.1.1 计算Iload（负载电流）

其中校正系数：

k1是用于预期环境温度的校正系数。因电缆选用(90) 0.6/1kV 电压等级的电缆，预期环境温度T 为45℃，根据标准EN50343 的附录D，所以k1取值为1.0。

k2是用于安装类型（分组和安装条件）的校正系数。AC380V辅助逆变器的电源输出为三根单芯电缆，根据分析该设备出线的路径规划，电缆敷设在底架双层支架的上层。根据标准EN50343 的表2，三根电缆同时在一起装载，敷设在电缆槽上的一层里，所以k2取值为0.83。

k3是考虑到预测电缆寿命降低的一个校正系数，AC380V辅助逆变器的输出电缆选用符合EN50264 的动力电缆，在连续最大导线温度90℃预期使用寿命30 年，故满足标准电缆预测寿命（100 000h）时，k3取值为1.0。

k4是在操作不连续时考虑到短时电流的一个校正系数，当操作为连续时，该值为1.0。AC380V 辅助逆变器输出电源为持续工作状况，所以k4 取值为1.0。

K5是多芯电缆的一个校正系数；适用于单根多芯电缆的每根单独线芯。当使用单芯电缆时，该值为1.0，AC380V 辅助逆变器输出电源为三根单芯电缆，所以k5取值为1.0。

根据k1、k2、k3、k4、k5的赋值，以及公式（1）和（2），可得出Icable≥138A。

根据标准EN50343 附录B 的表B.1，具有90℃最大导线工作温度的标准墙壁电缆的电流额定值可知，截面积为25mm2的电缆对应的额定载流量Icable=150A, 所以该电缆能满足AC380V辅助逆变器输出电源能力要求。AC380 辅助逆变器的输出电源电缆确定选用25mm2的电缆。

2.2.2 电气连接

在布线设计中，还要考虑电缆导体两端的终端连接。电缆端部如果是采用连接器，终端则是采用连接器插针插孔或压片的端接，如果电缆端部是端子排，终端则是采用接线头、裸状端头或Fot 线环进行端接。不管以哪种方式端接，终端接触点两侧的载流量不应小于负载的载流量，才能保证电缆导体与载流端子直接的可靠连接。以AC380V 辅助逆变器的输出电源为例，Icable=150A，根据电缆载流量选型的电缆为25mm2的电缆，连接设备侧及电缆终端侧的端接方式为接线螺柱（用于供电连接时，每个螺栓连接处的接线端子不超过3 个）。接线头材质铜接触面的电流密度不超过1.4A/mm2，铝接触面的电流密度不超过0.8A/mm2。

端接的有效接触面积，公式如下:

其中Sv为有效接触面积，单位mm2；Dv为止推垫圈外径，单位mm；dv为垫圈内径，单位mm。

选用TFB 8-25 的铜质接线头，由接线头选型参数表格，可知Dv2取值为294mm2，dv取值为8mm，根据公式（3），可得端接的有效接触面积Sv≈243mm2。进一步可得铜接线头端接面可通过的电流I=1.4A/mm2×243mm2，I=340A，340A＞150A。

接线头端接触面电流远大于AC380V 辅助逆变器的输出电流，所有AC380V 辅助逆变器输出电缆的端部电气端接采用TFB 8-25 的铜质接线头实现电气接触。

图1 接线头

2.2.3 布线规则

磁浮布线电缆固定间距应视磁浮的特殊性而定，EMC 不同的电缆应尽可能单独敷设，当敷设无法满足间距要求时，应尽可能使用金属套管、金属隔板、整体屏蔽等措施隔离电缆。在不同种类电缆最小间距无法达到要求的情况下，列车采用双层支架布置主辅电缆，采用金属型腔穿线敷设控制及信号电缆，以保证不同电缆之间的安全隔离。常见的隔离方式有：（1）通过金属挡板隔离，（2）通过选用金属屏蔽电缆隔离，（3）通过绝缘隔离。布线还需要考虑的一个方面就是固定安装要求。

图2 隔离方式

2.2.3.1 双层支架敷设主辅电路

磁浮列车底架主辅电路采用双层支架固定电缆。下层敷设1500V 电压等级的主电路电缆，上层敷设330V、380V、220V 电压等级的辅助电路电缆。

双层支架结构，不但可以更好地把不同电压等级的电缆分开，提高电缆的电磁抗干扰能力，同时双层支架的中间隔板采用螺栓连接，也便于根据布线电缆的多少进行上下空间的调整。

2.2.3.2 金属U 槽和橡胶线槽隔离电缆

客室两侧采用U 型线槽（铝合金材质）布线，U 线槽通过托架固定在两侧C 型槽上，电缆在U 型槽内根据电缆等级分为ABC 三个区域。

图3 双层支架

司机室布线则采用司机台地板左右两侧的U 型线槽以及地板前端的两个出线孔，出线孔的大小可以由设备接线的多少确定。金属型腔穿线也是一种布线电缆的方式，在磁浮底架空间有限的情况下，对控制电缆及信号电缆走密闭的型腔也是一种最优的设计。为了避免型腔穿线时对电缆磨损，则根据型腔的截面形状设计相应的橡胶线槽，便于穿线和避免磨损。

图4 橡胶线槽

2.3 三维布线

磁浮列车的底架设备布置密而紧凑，而列车的主电路、辅助电路以及大部分控制电路的布线都分布在滑台横梁以上，底架地板面以下的区域中，如此有限的空间范围内，同时考虑磁浮悬浮架模块的实际运行位移量，为避免与迫导向机构、管路等底架设备干涉，对磁浮列车底架布线的主辅控电路采用三维布线设计将尤为重要。

利用现有三维软件进行三维布线设计优点如下：（1）全面分析底架布线与布管、迫导向钢丝绳、其他设备的干涉问题。（2）三维布线便于确定合适的电缆余量，减少电缆的浪费，节约成本。（3）三维布线便于接口核对与检修可操作性分析。

结束语

在中低速磁浮列车布线设计中，电缆和电气连接件选型是基础，正确合理的布线路径选择是核心，三维布线设计是有效手段，三者有机结合将会更容易解决底部空间狭小、电磁兼容以及电缆与相邻设备干涉问题。总之，列车布线不可小视，可靠的布线设计将为磁浮列车稳定安全运行奠定良好的基础。