铁路客车电磁干扰案例分析

李伟 张帝

青岛中车四方轨道车辆有限公司

摘要： 本文研究铁路客车电磁设备所产生的电磁干扰对低频控制回路的影响。通过真实案例分析电磁式开水炉这类电磁设备的运行原理及如何对空气开关所处的低频回路产生影响。研究电磁干扰形成的三要素以及如何分析、处理此类故障。

关键词：电磁干扰；电磁开水炉；空气开关

1 引  言

电磁干扰EMI（Electromagnetic Interference）分为传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合（干扰）到另一个电网络；辐射干扰是指通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网络。

本文介绍在车辆运用过程中遇到的一种电磁传导干扰的案例，分析并研究相关设备的工作原理，干扰产生的原因，以及如何分析、处理此类故障。

2 案例

某餐车厨房开关在库内作业时发现冒烟，作业人员检查发现厨房照明灯具空气开关烧损，但空气开关未跳闸（脱扣）。作业人员遂对其进行更换，送电十分钟后再次发生冒烟烧损。

现车对布线进行了校线、绝缘检查，线路正常。更换空气开关后对照明灯具进行单独送电实验，测量照明灯具线路，其电压、电流稳定并与灯具功率参数计算吻合。烧损的空气开关无跳闸（脱扣）现象，空气开关进出线外观正常无烧损变色，初步排除线路混线或短路故障引起空气开关烧损。

铁路客车餐车电气设备多，电磁环境复杂。其中能够影响厨房照明灯具电源的高频、中频设备有日光灯驱动器、开水炉、电磁炉等。

将示波器接入厨房照明灯具供电主电路，对厨房电气设备逐一通电，发现只有当电开水炉工作时，厨房照明灯具电源频率由工频50Hz骤升至约24kHz。经测量，厨房照明灯具空气开关表面温度有明显升高现象。打开电开水炉控制箱检查，发现电开水炉内部控制箱有一组电容存在发热变形现象，将其分解后确认此电容器已烧损报废。

更换电开水炉控制器后，实测厨房照明灯具供电主电路电源频率正常，照明灯具空气开关无温升现象，故障排除。

3原因分析

3.1电开水炉原理

铁路客车电开水炉分为电阻加热式开水炉和电磁式开水炉，故障餐车应用的是电磁式开水炉。电磁开水炉借鉴了电磁炉技术，利用集中供电电源，采用先进的水电隔离高频逆变感应电加热技术，利用涡流的热效应原理研制而成。

电磁开水炉采用中频（15~50kHz）励磁，为实现中频电路输出，调整输出功率，稳定电路工作状态，保证安全防护，电磁开水炉内部一般设有电力转换电路和控制及保护电路。

电力转换主电路，包括整流、滤波和高频变换三部分。滤波电容是安装在整流电路两端用以降低交流脉动波纹系数提升高效平滑直流输出的一种储能器件，通常把这种器件称其为滤波电容。在所有需要将交流电转换为直流电的电路中，设置滤波电容会使电子电路的工作性能更加稳定，同时也降低了交变脉动波纹对电子电路的干扰。

3.2空气开关原理

空气开关，又名空气断路器，是断路器的一种。空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中，非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身。除能完成接触和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护。脱扣方式有热动、电磁和复式脱扣3种。本文故障案例使用空气开关为电磁脱扣和热脱扣式断路器。

电磁脱扣：当线路发生短路或严重过载电流时，短路电流超过瞬时脱扣整定电流值，电磁脱扣器产生足够大的吸力，将衔铁吸合并撞击杠杆,使搭扣与锁扣脱开，将主触头分断，切断电源。

热脱扣：当线路发生过载，但是电流不足以使电磁脱扣动作时，空气开关内部双金属片会产生热形变，并推动脱扣杆使断路器触头分断，切断电源。

3.3 故障原理

电磁开水炉滤波电容本身的作用就是对整流的波形进行滤波，将杂波滤除；此电容器烧损后，已失去作用，工作中产生的杂波通过电网络对空气开关电源产生了传导性污染；而分断照明灯具线路的空气开关容量较小，其内部电磁脱扣线圈导线细、匝数多。当开水炉的高频脉冲耦合（干扰）到空气开关时，由于涡流效应产生大量的热，从而烧损空气开关。

又因为电磁脱扣与热脱扣装置存在一定距离，电磁脱扣产生的热量辐射到热脱扣装置时，热量不足以让双金属片发生形变使断路器脱扣，因此出现了空气开关烧损却不发生脱扣的现象。

4 总结

形成电磁干扰的三要素是干扰源、传播途径和受扰设备。首先应该抑制干扰源，直接消除干扰来源；其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射，切断电磁干扰的传播途径；第三是提高受扰设备的抗扰能力，减低其对噪声的敏感度。同样，分析此类故障时，也要考虑这三个方面。首先从受扰设备处入手，分析现象，推断故障可能的原因。 

本文案例空气开关烧损却不跳闸，空气开关进出线无过热现象，基本上可以排除混线、短路故障引起空气开关烧损。顺着受扰设备可能的传播途径（传导干扰或辐射干扰）找到干扰源，查出故障点，分析干扰原因。本文通过示波器逐一测量厨房用电设备对照明灯具主电路电源空气开关影响，从而找到干扰源是电磁式开水炉滤波电容烧损，进而分析出了故障原因。

参考文献

[1]钱照明.电力电子系统电磁兼容设计基础及干扰抑制技术.浙江大学出版社，2000

[2]黄文生，袁昌，张建生.电力系统电磁兼容技术探讨.应用能源技术，2008

[3]袁义生，谌平平，穆斯塔法．用于传导电磁干扰分析的接地回路模型与参数．电力电子技术，2001