蘇州地鐵3號(hào)線列車空調(diào)供電斷路器脫扣故障分析

林有兵

摘要：本文從蘇州地鐵 3號(hào)線列車空調(diào)供電斷路器的相關(guān)參數(shù)入手，通過(guò)分析斷路器安裝的環(huán)境溫度、安裝時(shí)排布數(shù)量等因素對(duì)斷路器脫扣電流的降容影響，找出斷路器頻繁脫扣的故障原因，并提出有效的解決措施。

關(guān)鍵詞：列車 空調(diào)供電斷路器 脫扣 降容 故障分析

1概述

蘇州地鐵 3號(hào)線列車采用 B2型車，6節(jié)編組。為保證乘客舒適度，每節(jié)車廂上安裝有 2臺(tái)空調(diào)機(jī)組，通過(guò)空調(diào)機(jī)組制冷、通風(fēng)等工況為乘客提供新鮮舒適的空氣。每臺(tái)空調(diào)機(jī)組采用獨(dú)立的 AC380V交流供電，并配有單獨(dú)的供電斷路器（ACIVCB，安裝于車底低壓箱內(nèi)），該供電斷路器是空調(diào)供電系統(tǒng)中的重要組成部分，不僅可以正常接通與分?jǐn)嗫照{(diào)機(jī)組的負(fù)荷電流，還可以自動(dòng)脫扣分?jǐn)噙^(guò)載電流和短路電流，在電路中發(fā)揮保護(hù)功能，為空調(diào)機(jī)組設(shè)備提供保護(hù)。該斷路器使用的是 ABB廠家的 S203-K50三極交流斷路器。

2019年，3號(hào)線列車在調(diào)試期間發(fā)生多起空調(diào)顯紅故障，通常為空調(diào)機(jī)組在制冷工況下工作幾分鐘后突然故障，開(kāi)啟緊急通風(fēng)功能。后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)為空調(diào)機(jī)組的供電斷路器非正常脫扣導(dǎo)致，且發(fā)生的時(shí)間主要是在夏季高溫時(shí)期。本文通過(guò)對(duì)該斷路器脫扣原因的分析，提出切實(shí)可行的解決方案。

2供電斷路器脫扣原因分析

空調(diào)供電斷路器主要用于在空調(diào)機(jī)組或機(jī)組供電線路出現(xiàn)過(guò)載或短路時(shí)，斷路器可及時(shí)脫扣從而起到對(duì)設(shè)備的保護(hù)作用。斷路器脫扣的主要原因有：

1、空調(diào)機(jī)組或機(jī)組供電線路出現(xiàn)過(guò)載或短路 ?2、斷路器本身存在故障 ?3、斷路器選型不合理，即空調(diào)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)瞬間或正常工作時(shí)輸入電流達(dá)到斷路器脫扣電流且時(shí)間超過(guò)斷路器脫扣的允許時(shí)間。

針對(duì)上述原因，維修人員在發(fā)生故障后對(duì)空調(diào)機(jī)組設(shè)備及供電線路進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)有異常現(xiàn)象，設(shè)備絕緣及耐壓均正常 因多列車不同機(jī)組發(fā)生同樣斷路器脫扣故障且在檢查斷路器時(shí)未發(fā)現(xiàn)斷路器存在故障現(xiàn)象，故排除 1、2的可能性。

3斷路器參數(shù)分析

蘇州地鐵 3號(hào)線列車空調(diào)機(jī)組供電所使用的 S203-K50斷路器，其額定電流為 50A，脫扣特性為 K特性。斷路器在使用時(shí)，環(huán)境溫度、安裝時(shí)排布數(shù)量、海拔高度、電源頻率等因素均會(huì)對(duì)斷路器脫扣電流產(chǎn)生影響。該斷路器在工作時(shí)，海拔高度（低于 2000 m）及電源頻率（50HZ）均為基準(zhǔn)值，可不考慮影響，故影響脫扣電流的因素為環(huán)境溫度及安裝時(shí)排布數(shù)量。

1）斷路器額定電流因環(huán)境溫度的降容計(jì)算

斷路器在不同的環(huán)境溫度下所承載的電流是不同的，不同脫扣特性的基準(zhǔn)環(huán)境溫度也有所不同， K/Z脫扣特性斷路器在不同環(huán)境溫度下的載流能力如下圖所示：

3號(hào)線電客車空調(diào)供電斷路器在高溫季節(jié)正常工作時(shí)環(huán)境溫度約為 40度，型號(hào)為 S203-K50的斷路器額定電流被修正后的數(shù)值為 43.3A。

2）斷路器額定電流因排布條件的降容計(jì)算

當(dāng)多臺(tái)斷路器并排緊靠在一起運(yùn)行時(shí)，散熱條件變差了，又加之?dāng)嗦菲鏖g的相互熱傳導(dǎo)和熱幅射，因此斷路器應(yīng)降容使用。蘇州 3號(hào)線空調(diào)供電斷路器安裝位置如下圖所示：

該斷路器安裝于列車低壓箱內(nèi)，根據(jù)斷路器的現(xiàn)場(chǎng)安裝排布情況可知，與空調(diào)供電斷路器并排安裝的斷路器共有 8個(gè)，即修正系數(shù)為 0.77（如下圖所示）。結(jié)合斷路器因環(huán)境溫度的降容計(jì)算，型號(hào)為 S203-K50的斷路器額定電流被修正后的數(shù)值為43.3A伊0.77=33.341A。

即該空調(diào)斷路器在安裝使用后經(jīng)環(huán)境溫度、安裝時(shí)排布數(shù)量、海拔高度、電源頻率等因素降容后額定電流為 33.341A。

4空調(diào)機(jī)組電流分析

根據(jù)空調(diào)供應(yīng)商提供設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及該項(xiàng)目的型式試驗(yàn)報(bào)告，空調(diào)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)最大沖擊電流為 115A，持續(xù)時(shí)間為 100ms。在最大負(fù)荷制冷工況下空調(diào)輸入側(cè)三相交流電輸入電流值為38.2A。

5對(duì)比分析

1）空調(diào)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)最大沖擊電流為 115A，啟動(dòng)電流約為供電斷路器降容后額定電流的 3.45倍。查看 K特性斷路器脫扣曲線可知，當(dāng)通過(guò)電流為額定電流 3.45倍時(shí)，斷路器進(jìn)入脫扣區(qū)的最短時(shí)間約為 6S，而啟動(dòng)最大沖擊電流持續(xù)時(shí)間為 100ms，達(dá)不到斷路器脫扣的持續(xù)時(shí)間，即啟動(dòng)過(guò)程中不會(huì)導(dǎo)致斷路器脫扣。

2）空調(diào)機(jī)組在最大負(fù)荷制冷工作時(shí)輸入電流為 38.2A，約為供電斷路器降容后額定電流的 1.15倍。查看 K特性斷路器脫扣曲線可知，該情況下斷路器進(jìn)入脫扣區(qū)的最短時(shí)間約為 4分鐘。即在空調(diào)機(jī)組制冷工況下工作 4分鐘后該供電斷路器便可能會(huì)出現(xiàn)脫扣現(xiàn)象，這符合現(xiàn)場(chǎng)的故障情況。

6結(jié)論及對(duì)策方案

如上分析，3號(hào)線列車空調(diào)供電斷路器頻繁脫扣原因?yàn)檫x型問(wèn)題（斷路器本身額定電流過(guò)?。?，在制冷工況下工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)將存在過(guò)載脫扣的情況。根據(jù) ABB產(chǎn)品型號(hào)選擇，將該斷路器型號(hào)更換為額定電流為 63A，脫扣特性為 C或 D特性的同品牌同系列斷路器。經(jīng)過(guò)計(jì)算，該斷路器經(jīng)溫度及排布降容后額定電流為45.738A（溫度降容后為 59.4A，排布降容系數(shù)仍為 0.77）。根據(jù) C或 D脫扣特性，該斷路器電流值即可滿足空調(diào)啟動(dòng)時(shí)的瞬間電流，亦可滿足正常工作時(shí)的電流。 3號(hào)線電客車在后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，未發(fā)生過(guò)相同故障。

參考文獻(xiàn)：

[1] ABB終端配電保護(hù)產(chǎn)品（S200系列）05 2012.

（作者單位 ：蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)一分公司）