殷 虎，楊華榮，劉 鋼

(1.海軍駐719 所軍事代表室，湖北 武漢430064;2.武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，湖北 武漢430064)

0 引 言

潛艇作為一個(gè)封閉艙體，空間狹窄，裝備了大量成套的電子電氣設(shè)備。設(shè)備、電纜密集度高，在潛艇內(nèi)部形成了一個(gè)復(fù)雜的電磁場(chǎng)環(huán)境［1］。復(fù)雜電磁環(huán)境下，可能出現(xiàn)一些系統(tǒng)間或設(shè)備間的電磁干擾問題，為此，各國(guó)海軍對(duì)潛艇的電磁兼容控制都十分關(guān)注和重視。從工程初期開始，通過采取各種設(shè)計(jì)和控制措施，加強(qiáng)對(duì)工程三級(jí)(設(shè)備、系統(tǒng)和總體)電磁兼容設(shè)計(jì)、管理與控制，從而降低實(shí)艇出現(xiàn)電磁干擾的概率，這已成為各國(guó)海軍潛艇電磁兼容控制的通常作法［2］。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，作戰(zhàn)潛艇或正式裝備只要嚴(yán)格遵循整個(gè)電磁兼容設(shè)計(jì)控制要求，潛艇的總體電磁環(huán)境可控，實(shí)艇出現(xiàn)電磁干擾的概率是比較低的。

潛艇武器和各種裝備正式列裝前，通常都需要進(jìn)行陸上、海上和實(shí)艇的專項(xiàng)試驗(yàn)，這些試驗(yàn)對(duì)于武器裝備的正式列裝至關(guān)重要，尤其是實(shí)艇的專項(xiàng)試驗(yàn)，對(duì)于完善設(shè)計(jì)、改良性能、驗(yàn)證與平臺(tái)的匹配性都是武器裝備定型的關(guān)鍵試驗(yàn)。專項(xiàng)試驗(yàn)過程中，為了獲取大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，必然需要臨時(shí)安裝和配置一些臨時(shí)上艇的測(cè)試設(shè)備和儀器，這些設(shè)備大多為商用或工業(yè)用儀器儀表。出于成本考慮，未經(jīng)過專門的電磁兼容設(shè)計(jì)，勢(shì)必對(duì)潛艇原有的良好的電磁兼容環(huán)境和性能構(gòu)成影響。為了有效降低試驗(yàn)過程中出現(xiàn)試驗(yàn)設(shè)備和裝艇設(shè)備或試驗(yàn)設(shè)備之間電磁干擾的概率，必須要加強(qiáng)臨時(shí)測(cè)量設(shè)備的電磁兼容管理、控制、測(cè)試與評(píng)估，并有針對(duì)性地采取各種防干擾預(yù)防措施。下面章節(jié)內(nèi)容，結(jié)合某潛艇專項(xiàng)試驗(yàn)的電磁兼容控制要點(diǎn)，談?wù)劃撏ｍ?xiàng)試驗(yàn)中的電磁兼容管理與控制。

1 專項(xiàng)試驗(yàn)電磁兼容控制策略

電磁兼容控制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，應(yīng)該在設(shè)備和系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)、使用與維護(hù)的各階段都充分地予以考慮和實(shí)施才能有效，科學(xué)而先進(jìn)的電磁兼容工程管理是有效控制技術(shù)的重要組成部分［3］。在控制干擾的策略上采用了主動(dòng)預(yù)防、整體規(guī)劃和“對(duì)抗”與“疏導(dǎo)”相結(jié)合的方式。人類在征服大自然各種災(zāi)難性危害中，總結(jié)出的預(yù)防和救治、對(duì)抗和疏導(dǎo)等一系列策略，在控制電磁危害中同樣是極其有效的思維方法［4］。

對(duì)于潛艇各種專項(xiàng)試驗(yàn)的電磁兼容控制，由于整個(gè)試驗(yàn)周期短，工程經(jīng)費(fèi)有限，臨時(shí)設(shè)備較多，而且大多為直接采購(gòu)不能完全實(shí)施EMC 設(shè)計(jì)與控制，因此，完全照搬原有的工程電磁兼容控制與管理方法是不符合實(shí)際情況的，必須采取有所為、有所不為的思想，分析和抓住專項(xiàng)試驗(yàn)的電磁兼容關(guān)鍵控制要素，才能起到有效控制的效果。筆者認(rèn)為，專項(xiàng)試驗(yàn)的電磁兼容控制的重點(diǎn)應(yīng)放在總體EMC 設(shè)計(jì)和試驗(yàn)過程的監(jiān)控上，臨時(shí)設(shè)備的EMC 控制由于其相對(duì)不可控性應(yīng)相應(yīng)弱化，在此基礎(chǔ)上還需要加強(qiáng)各種干擾預(yù)防措施的設(shè)計(jì)，這樣的控制思想才是符合專項(xiàng)試驗(yàn)實(shí)際情況的。專項(xiàng)試驗(yàn)電磁兼容控制過程如圖1所示。

2 平臺(tái)電磁環(huán)境分析和預(yù)測(cè)

作好潛艇專項(xiàng)試驗(yàn)的電磁兼容控制，必須首先對(duì)潛艇試驗(yàn)平臺(tái)原有的電磁環(huán)境進(jìn)行分析，對(duì)臨時(shí)設(shè)備上艇后的電磁環(huán)境進(jìn)行預(yù)測(cè)。作戰(zhàn)或試驗(yàn)潛艇通常都是經(jīng)過完整的電磁兼容控制和管理過程的，期間積累了大量的設(shè)備、系統(tǒng)和總體各階段的電磁兼容檢測(cè)數(shù)據(jù)，必要時(shí)，可針對(duì)專項(xiàng)試驗(yàn)對(duì)潛艇進(jìn)行勘驗(yàn)和補(bǔ)充性電磁環(huán)境測(cè)試。在方案論證階段，需結(jié)合專項(xiàng)試驗(yàn)的需求、臨時(shí)設(shè)備電磁兼容特性，對(duì)平臺(tái)艙室的電磁環(huán)境進(jìn)行分析，尤其是一些敏感設(shè)備、電纜和電網(wǎng)供電部位的電磁環(huán)境，結(jié)合電磁兼容安全裕量控制要求，提出臨時(shí)設(shè)備的電磁兼容設(shè)計(jì)要求和防護(hù)要求，同時(shí)，利用電磁兼容仿真軟件和工程控制經(jīng)驗(yàn)，開展設(shè)備的EMC 布置、電網(wǎng)配置、接地系統(tǒng)優(yōu)化等有針對(duì)性的總體電磁兼容初步設(shè)計(jì)。

3 臨時(shí)設(shè)備的電磁兼容控制

根據(jù)潛艇電磁環(huán)境的預(yù)測(cè)分析結(jié)果，結(jié)合其布置位置和周邊電磁環(huán)境情況以及設(shè)備的電磁兼容特性，提出臨時(shí)上艇設(shè)備的電磁兼容要求，包括設(shè)計(jì)要求和考核要求。對(duì)于新研設(shè)備，則應(yīng)盡量按照潛艇裝備的電磁兼容要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、控制與管理;對(duì)于直接購(gòu)買的商用儀器、儀表類設(shè)備(直采設(shè)備)，重新設(shè)計(jì)往往經(jīng)費(fèi)周期都存在問題，所以更為務(wù)實(shí)的作法是，盡可能地掌握其真實(shí)的電磁兼容狀態(tài)，通過系統(tǒng)或總體電磁兼容設(shè)計(jì)與控制，降低電磁干擾出現(xiàn)的概率。所以新研設(shè)備應(yīng)提出設(shè)計(jì)要求和考核要求，而直采設(shè)備則應(yīng)重點(diǎn)提出考核要求。設(shè)計(jì)要求一般具有一定的通用性，這里不作描述?？己艘髣t需要結(jié)合實(shí)艇布置、電磁環(huán)境控制、安全裕量以及電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)綜合分析得出，目前，我國(guó)潛艇采用的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)多為GJB151A-97［5］和HJB34-90［6］，考核項(xiàng)目大致分為電磁發(fā)射和電磁敏感度2 類(見表1)，在制定考核項(xiàng)目的同時(shí)還應(yīng)對(duì)個(gè)別項(xiàng)目的頻段等進(jìn)行剪裁。

表1 臨時(shí)設(shè)備的一般電磁兼容考核/摸底項(xiàng)目Tab.1 Temporary equipment，electromagnetic compatibility assessment of the general/diagnostic item

臨時(shí)設(shè)備完成電磁兼容測(cè)試后，總體EMC 技術(shù)責(zé)任單位的測(cè)試數(shù)據(jù)作為完善總體電磁環(huán)境預(yù)測(cè)分析、設(shè)計(jì)和預(yù)防措施設(shè)計(jì)的依據(jù)，同時(shí)應(yīng)對(duì)其電磁兼容性進(jìn)行評(píng)估，提出防護(hù)要求，必要時(shí)還應(yīng)提出相應(yīng)的整改要求。

4 總體電磁兼容設(shè)計(jì)與防護(hù)

4.1 加強(qiáng)電網(wǎng)配電EMC 設(shè)計(jì)

在電力負(fù)荷平衡以及總體布置、使用等滿足功能使用的基礎(chǔ)上，對(duì)臨時(shí)設(shè)備的電網(wǎng)供電應(yīng)進(jìn)行EMC 優(yōu)化設(shè)計(jì)，有條件時(shí)，首先應(yīng)保證臨時(shí)設(shè)備與裝艇設(shè)備的分開、分相供電;其次，臨時(shí)設(shè)備盡量采用單獨(dú)的艦用變壓器進(jìn)行隔離供電;之后臨時(shí)系統(tǒng)采用分路供電，這樣即使出現(xiàn)電網(wǎng)干擾問題，采取隔離和保護(hù)措施也較為容易。

4.2 加強(qiáng)信號(hào)電纜輻射優(yōu)化設(shè)計(jì)

在潛艇出現(xiàn)的各種電磁干擾中，由于電纜耦合(線纜耦合或場(chǎng)纜耦合)而出現(xiàn)的干擾問題十分常見，臨時(shí)設(shè)備使用的各種信號(hào)電纜屏蔽效能差，加上裝艇時(shí)未采取嚴(yán)格的電磁兼容工藝進(jìn)行處理，發(fā)生電磁干擾的概率很高。因此，應(yīng)結(jié)合設(shè)備CS114 和CS116 的測(cè)試結(jié)果和實(shí)艇情況，對(duì)需要重點(diǎn)防護(hù)的各種模擬、數(shù)字信號(hào)電纜進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分類，提出相應(yīng)的電纜敷設(shè)要求和電纜屏蔽層處理工藝要求。

4.3 預(yù)置電源EMI 濾波器

電源EMI 濾波器和瞬變及尖峰抑制器既能毫無衰減地把50 Hz、直流或400 Hz 的電源傳輸?shù)截?fù)載上去，又能十分有效地抑制電磁干擾(EMI)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備和系統(tǒng)的電磁兼容性。它主要用于有敏感度要求的系統(tǒng)配電盤前，以達(dá)到減小共電網(wǎng)設(shè)備間的傳導(dǎo)干擾的目的。在實(shí)際設(shè)計(jì)與配置過程中，由于濾波器對(duì)地電容過大，應(yīng)盡量采取預(yù)防性設(shè)置方式，即先預(yù)留后使用的方式，避免產(chǎn)生較大的地電流，引起電網(wǎng)故障。

4.4 設(shè)置諧波干擾預(yù)防裝置

從以往的專項(xiàng)試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)來看，無論是裝艇設(shè)備還是臨時(shí)設(shè)備在CE101 的工頻諧波電流(3～11 次)上都存在一定超標(biāo)，供電網(wǎng)上諧波過高可能造成設(shè)備電源發(fā)熱損壞、繼電器誤動(dòng)作、通信干擾等問題，除了對(duì)電網(wǎng)諧波進(jìn)行監(jiān)測(cè)的同時(shí)，還應(yīng)加裝諧波干擾預(yù)防裝置，目前對(duì)于低次諧波的抑制，無論是無源諧波濾波器，還是有源諧波抑制裝置都有較為成熟的產(chǎn)品，總體EMC設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)和負(fù)載特性進(jìn)行選型、配置和適應(yīng)性設(shè)計(jì)。

4.5 電磁兼容工藝設(shè)計(jì)

電磁兼容工藝電磁兼容控制的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是保證總體、系統(tǒng)、設(shè)備電磁兼容防干擾措施得到有效發(fā)揮的重要措施［8］。應(yīng)針對(duì)設(shè)備接地、電纜屏蔽層搭接、屏蔽鋼管接地、電纜敷設(shè)，制定規(guī)范的電磁兼容工藝，尤其是對(duì)電纜屏蔽層的接地工藝應(yīng)加強(qiáng)控制。

4.6 開展適應(yīng)性總體電磁兼容測(cè)試與綜合評(píng)估

專項(xiàng)試驗(yàn)前，應(yīng)在潛艇系泊或航行試驗(yàn)階段進(jìn)行總體電磁兼容測(cè)試，應(yīng)以專項(xiàng)試驗(yàn)為典型工況，對(duì)全艇進(jìn)行電磁兼容試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容主要包括艙室電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電網(wǎng)電磁環(huán)境和綜合干擾試驗(yàn)，必要時(shí)還可以增加如電纜屏蔽層感應(yīng)電流、地電流測(cè)試等項(xiàng)目，這些項(xiàng)目中尤以綜合干擾試驗(yàn)為重點(diǎn)，應(yīng)以干擾類型設(shè)備和頻段的不同，列出干擾矩陣表。實(shí)施過程中，為了增加概率性，干擾設(shè)備至少運(yùn)行或啟停3 次。試驗(yàn)完成后，需對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)估分析，對(duì)電磁兼容薄弱環(huán)節(jié)采取預(yù)防和補(bǔ)救措施。

4.7 專項(xiàng)試驗(yàn)過程中實(shí)施電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)

電磁兼容問題有其隨機(jī)性和偶然性，通過電磁兼容控制后，可以降低電磁干擾的概率，但并不能確保不出現(xiàn)一例電磁干擾問題。因此，對(duì)于專項(xiàng)試驗(yàn)，在做好干擾預(yù)防的同時(shí)，還應(yīng)針對(duì)各階段的測(cè)試數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，對(duì)可能出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)和部位進(jìn)行電磁兼容監(jiān)測(cè)，在某艇專項(xiàng)試驗(yàn)中，就針對(duì)電網(wǎng)環(huán)境惡劣的問題實(shí)施了專項(xiàng)試驗(yàn)中的電網(wǎng)電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)，有效解決了多起可能出現(xiàn)的電磁干擾問題。同時(shí)，電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置還可以發(fā)現(xiàn)一些潛在的電磁干擾問題，如裝備老化引起的艙室電場(chǎng)異常，局部電纜破損引起的電磁泄漏等，監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)的問題可以及時(shí)采取措施，防止各種可能的電磁干擾發(fā)生。

5 結(jié) 語

專項(xiàng)試驗(yàn)中的電磁兼容控制是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工程，目前我國(guó)還未形成像型號(hào)工程一樣常態(tài)化的電磁兼容管理和控制規(guī)范，控制方法和經(jīng)驗(yàn)上仍然顯得有些簡(jiǎn)單。隨著電磁兼容技術(shù)的發(fā)展和專項(xiàng)試驗(yàn)電磁兼容控制經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，制定出一系列電磁兼容控制規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)后，專項(xiàng)試驗(yàn)的電磁兼容控制技術(shù)水平必將得到發(fā)展和提高。

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