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軌道交通車輛用通信電纜分為列車總線（WTB）、MVB、CANBUS、RS485總線、以太網(wǎng)電纜（主要包括CAT5e與CAT7兩種型號(hào)）、耐火數(shù)據(jù)總線（用于火災(zāi)預(yù)警及應(yīng)急系統(tǒng)）、同軸電纜、通信光纜（分為塑料光纜和多模光纜）等8種類型。

研究發(fā)現(xiàn)，在軌道交通車輛生產(chǎn)所需的各種電纜中，通信數(shù)據(jù)電纜類產(chǎn)品多為外資品牌，主要原因是這些企業(yè)都是原型產(chǎn)品供應(yīng)商。并且，通信電纜產(chǎn)品存在種類多、數(shù)量少、難以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)型等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。隨著我國(guó)軌道交通行業(yè)的快速發(fā)展，系統(tǒng)的軟件、硬件技術(shù)包括電線電纜的研發(fā)和生產(chǎn)制造也在不斷進(jìn)步，目前，國(guó)內(nèi)已有不少企業(yè)具備軌道交通行業(yè)通信電纜的研發(fā)和制造能力。

不過(guò)，通信電纜在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中也存在多種誤區(qū)。分析實(shí)際應(yīng)用中軌道交通車輛用通信系統(tǒng)的故障，除電纜廠家自身的質(zhì)量控制原因外，應(yīng)用端安裝、設(shè)計(jì)也應(yīng)考慮到通信電纜的應(yīng)用特殊性。EN 50343：2014《軌道交通車輛布線規(guī)則》等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)動(dòng)力電纜和控制電纜的布線安裝進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定，而對(duì)通信電纜的使用、安裝及具體應(yīng)用的規(guī)定較少，對(duì)指導(dǎo)實(shí)際布線安裝的參考非常有限，給國(guó)內(nèi)軌道交通車輛制造和通信系統(tǒng)升級(jí)帶來(lái)一定的困難。

軌道交通車輛用通信電纜常常出現(xiàn)近端串?dāng)_異常、花屏、系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)、校準(zhǔn)失效等應(yīng)用問(wèn)題，以及電纜表面白色析出的外觀問(wèn)題，收集、整理的典型案例分析如下。

某MVB 120Ω 4×0.5mm2電纜，按TJ/CL313—2014《動(dòng)車組電線電纜暫行技術(shù)條件》要求，電纜測(cè)試的近端串音衰減（NEXT）不小于45dB。裝車后，使用FLUKE測(cè)試，發(fā)現(xiàn)NEXT超標(biāo)。

串?dāng)_異常的原因分析

1）電纜出廠NEXT實(shí)測(cè)為45~48dB。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，電纜的性能符合要求，但裕量不足，實(shí)測(cè)值與臨界值非常接近。

2）實(shí)際上，布線時(shí)連接器為M12，老式 FLUKE測(cè)試儀只能連接RJ45接頭，需要轉(zhuǎn)接線才能連接測(cè)試儀。連接測(cè)試儀測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)NEXT超標(biāo)。

轉(zhuǎn)接線本身就是一個(gè)負(fù)載，增加了測(cè)試誤差。轉(zhuǎn)接線還可能引起信號(hào)傳輸?shù)母蓴_，影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準(zhǔn)確性。同時(shí)，所選轉(zhuǎn)接線的質(zhì)量、材料也會(huì)影響性能，質(zhì)量不好的轉(zhuǎn)接線在使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)后易出現(xiàn)松動(dòng)等問(wèn)題，進(jìn)而加劇性能的下降。使用不同規(guī)格的轉(zhuǎn)接線還涉及不同設(shè)備之間的兼容性問(wèn)題。

除此之外，F(xiàn)LUKE的適配器對(duì)于插拔也有一個(gè)壽命極限，一般不能超過(guò)100次。插拔次數(shù)過(guò)多可能導(dǎo)致終端接觸不良，給測(cè)試帶來(lái)一定的誤差。

串?dāng)_異常改進(jìn)措施

1）為了保證整體鏈路測(cè)試通過(guò)，通信電纜出廠測(cè)試時(shí)應(yīng)保證一定的裕量。

2）對(duì)于檢測(cè)驗(yàn)收，通信電纜采購(gòu)方和使用方應(yīng)提前策劃，建議在與連接器適配方面開(kāi)展必要的組合驗(yàn)證，模擬裝車后實(shí)際試驗(yàn)情況，確定FLUKE 測(cè)試儀的有效性，或者尋求更先進(jìn)的檢測(cè)方案和檢驗(yàn)手段。

目前，F(xiàn)LUKE測(cè)試已經(jīng)出現(xiàn)了新的適配接口，可以直接連接M12連接器，減少了測(cè)試誤差，見(jiàn)圖1。

圖1 幾種典型的FLUKE測(cè)試設(shè)備M12及RJ45適配器

另外，F(xiàn)LUKE 測(cè)試儀的有效性及準(zhǔn)確性需要定期開(kāi)展校準(zhǔn)。

某通信電纜安裝后，監(jiān)控系統(tǒng)在列車運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)花屏現(xiàn)象。與此同時(shí)，部分車載視頻也出現(xiàn)不同程度的花屏現(xiàn)象。

花屏現(xiàn)象原因分析

1）雖然車內(nèi)布線可以采用直徑較細(xì)的CAT5e 4×2×26AWG（約0.13mm2）。但是，出于抗振動(dòng)、抗扭轉(zhuǎn)的考慮，跨接過(guò)橋部分必須采用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的CAT5e 4×22AWG（約0.34mm2）或 CAT5e 4×20AWG（約0.5mm2）。

從結(jié)構(gòu)分析來(lái)看，CAT5e 4×22AWG或4×20AWG電纜采用星絞組結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2。增加中心填充條后，其結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，一定程度上可以抵抗外來(lái)應(yīng)力對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。CAT5e 4×2×26AWG電纜采用對(duì)絞組結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖3。導(dǎo)體為26AWG，采用線對(duì)屏蔽加鍍錫銅絲編織總屏蔽結(jié)構(gòu)，此類結(jié)構(gòu)存在一定的不穩(wěn)定性。對(duì)絞屏蔽層易受外力影響，造成內(nèi)部結(jié)構(gòu)畸變，從而對(duì)近端串音衰減、回波損耗等與結(jié)構(gòu)相關(guān)的指標(biāo)造成影響。

圖2 CAT5e 4×22AWG電纜結(jié)構(gòu)

圖3 CAT5e 4×2×26AWG電纜結(jié)構(gòu)

另外，通信電纜的導(dǎo)體截面對(duì)衰減有一定的影響。研究發(fā)現(xiàn)，22AWG（0.34mm2）比26AWG（0.13mm2）的衰減小25%。如果在振動(dòng)條件下，這種衰減下降趨勢(shì)會(huì)更加明顯。過(guò)大的衰減易造成系統(tǒng)丟包率上升，出現(xiàn)花屏現(xiàn)象。

2）列車在實(shí)際運(yùn)行中，隨著車鉤（車端連接器）的不斷拉伸或壓縮，電纜反復(fù)承受了拉應(yīng)力和壓應(yīng)力?？缃与娎|應(yīng)力分析見(jiàn)圖4。過(guò)橋電纜可以采用穿波紋套管或復(fù)合電纜的形式，但較細(xì)的26AWG不能用于跨接系統(tǒng)。一旦錯(cuò)誤使用，會(huì)引起成品跨接線束衰減偏高、斷線或近端串音異常，從而導(dǎo)致信號(hào)傳輸失效。

圖4 車端跨接系統(tǒng)受力圖

花屏現(xiàn)象改進(jìn)措施

1）經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，較細(xì)的26AWG很難抵抗動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中搖擺、振動(dòng)帶來(lái)的影響。但是，22AWG或20AWG兩種導(dǎo)線可以滿足使用要求。

2）為保障過(guò)橋部分鏈路通信的有效性，批量使用前應(yīng)對(duì)電纜開(kāi)展動(dòng)態(tài)力學(xué)試驗(yàn)，模擬列車實(shí)際情況，開(kāi)展車端跨接搖擺試驗(yàn)，通過(guò)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析電纜結(jié)構(gòu)對(duì)過(guò)橋部分使用造成的影響。

采用MVB替代CANBUS后，車輛用通信系統(tǒng)出現(xiàn)系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)、校準(zhǔn)失效和高低電平難以區(qū)分的情況。

系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)原因分析

CANBUS與MVB結(jié)構(gòu)類似，唯一的不同是CANBUS 具有一個(gè)單獨(dú)的導(dǎo)線。若將MVB 120Ω 2×0.5mm2替代 CANBUS 2×0.5mm2+1×0.5mm2，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)校準(zhǔn)失效。電纜結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖5和圖6。

圖5 CANBUS 2×0.5mm2+1×0.5mm2結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 MVB 120Ω 2×0.5mm2結(jié)構(gòu)示意圖

CANBUS系統(tǒng)由美國(guó)博世公司開(kāi)發(fā)，用于汽車通信網(wǎng)絡(luò)的建立。汽車與軌道交通車輛有兩點(diǎn)不同：一方面，汽車內(nèi)部電磁干擾比軌道交通要小得多；另一方面，軌道交通車輛普遍使用鋼制輪，可以通過(guò)鐵軌接地，而汽車均為橡膠輪胎，無(wú)法直接接地。

與MVB相比，CANBUS具有傳輸距離遠(yuǎn)、成本低、糾錯(cuò)性強(qiáng)的特點(diǎn)，其主要結(jié)構(gòu)為CANBUS 2×0.5mm2+1×0.5mm2。CANBUS系統(tǒng)對(duì)電纜的衰減、阻抗，甚至直徑，均與MVB 120Ω 2×0.5mm2十分相似?？紤]到接地問(wèn)題，整個(gè)系統(tǒng)需要一個(gè)虛擬接地點(diǎn)，電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因此多一個(gè)“中性線”。

CANBUS的發(fā)泡絕緣芯線可以作為CAN_H或 CAN_L使用。為了系統(tǒng)校準(zhǔn)，即設(shè)定邏輯“0”的需要，CANBUS電纜需要一個(gè)虛擬的接地點(diǎn)。CAN系統(tǒng)波形圖見(jiàn)圖7。

圖7 高速CAN系統(tǒng)報(bào)文波形圖

CANBUS電纜的屏蔽層主要起到電磁屏蔽的作用，一般直接與連接器外殼的金屬部分或接地卡具安裝連接。按照IEC 61375-3-3：2012標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，CANBUS虛擬接地點(diǎn)嚴(yán)禁直接接地。

系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)改進(jìn)措施

1）通信電纜的安裝不同于普通動(dòng)力電纜或控制電纜，需要結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)要求考慮電磁兼容等問(wèn)題。

2）車輛通信網(wǎng)絡(luò)電氣設(shè)計(jì)和布線時(shí)，要考慮通信電纜接線點(diǎn)位是否正確。針對(duì)CANBUS系統(tǒng)的特殊要求，需要識(shí)別虛擬接地線和實(shí)際接地線。虛擬接地線需要與 CANBUS“中性線”連接，避免接地失效。

某品牌通信電纜在存放一段時(shí)間后，表面有白色添加劑析出，稱為“噴霜”現(xiàn)象。此類問(wèn)題多出現(xiàn)在低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴材料中，特別是采用此類材料作為護(hù)套層的黑色電纜居多。

白色析出原因分析

為了保證傳輸性能，通信電纜普遍采用低損耗的高純度高/低密度聚乙烯材料作為絕緣層。但是，聚乙烯非常易燃，為保證防火性能，通信電纜只能由護(hù)套層承擔(dān)所有的防火屬性。作為護(hù)套層的低煙無(wú)鹵阻燃材料，多數(shù)由乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA）、聚酯類物質(zhì)、氫氧化鋁等共混制成。

為了確保高聚物材料的穩(wěn)定性及擠出性能，配方中普遍需要加入各類添加劑。白色析出粉末多為材料添加劑，如作為抗氧化劑的硫代二丙酸雙十八酯等物質(zhì)。加工完成的電纜在某些特定條件下，如在高溫、高濕的存儲(chǔ)或使用環(huán)境中，添加劑在基材中可能出現(xiàn)過(guò)飽和狀態(tài)。

在該狀態(tài)下，多出來(lái)的小分子潤(rùn)滑劑會(huì)慢慢遷移到基材的表面，析出一層白色物質(zhì)，形成結(jié)晶，即所謂的“噴霜”現(xiàn)象。當(dāng)遷移持續(xù)一定時(shí)間后，添加劑在基材中的狀態(tài)從過(guò)飽和轉(zhuǎn)向穩(wěn)定，即這種白色物質(zhì)析出現(xiàn)象主要集中在某一段時(shí)間，過(guò)后會(huì)逐漸轉(zhuǎn)向穩(wěn)定，不再析出。

本工作對(duì)噴霜前后材料熱老化試驗(yàn)的力學(xué)拉伸性能和熱老化壽命進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)噴霜現(xiàn)象對(duì)材料熱老化性能的影響極小，材料可以正常使用。噴霜現(xiàn)象不會(huì)影響電纜的機(jī)械性能和電氣性能，也不會(huì)影響電纜的數(shù)據(jù)傳輸特性。

白色析出改進(jìn)措施

添加劑主要用于優(yōu)化加工性能，噴霜現(xiàn)象不會(huì)對(duì)通信電纜的電氣性能、機(jī)械物理性能和數(shù)據(jù)傳輸特性產(chǎn)生影響。但是，該現(xiàn)象無(wú)疑是一個(gè)較大的外觀質(zhì)量問(wèn)題，帶來(lái)較大的問(wèn)題解決成本，影響交付，且需要考慮如何通過(guò)試驗(yàn)來(lái)打消采購(gòu)方和使用方的疑慮等。

國(guó)內(nèi)大多數(shù)電纜廠家采用的材料均由專業(yè)材料廠家提供，其對(duì)材料配方體系和主要材料成分非常保密和重視，但對(duì)輔劑精確添加的重視程度和管控方式及手段（如計(jì)算機(jī)精細(xì)稱量）不完全一致。材料廠家可通過(guò)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)配料計(jì)算機(jī)控制，有效預(yù)防此類問(wèn)題。