城軌車輛受流器熔斷器的選型研究

單保強，張紅江，薛思才，高鵬飛，張會青，公丕柱

（1 南車青島四方機車車輛股份有限公司 技術中心，山東青島266111；2 青島地鐵集團有限公司 運營分公司，山東青島26600）

城軌車輛受流器熔斷器的選型研究

單保強1，張紅江2，薛思才1，高鵬飛1，張會青1，公丕柱1

（1 南車青島四方機車車輛股份有限公司 技術中心，山東青島266111；2 青島地鐵集團有限公司 運營分公司，山東青島26600）

分析了城軌車輛受流器熔斷器選型時應考慮的各種因素，介紹了快速熔斷器的應用特性，最后結合天津地鐵3號線給出了熔斷器計算方法。

城軌車輛；熔斷器；天津地鐵3號線；特性曲線

三軌供電的列車通過受流器從三軌取電供車輛使用，受流器的基本組成部分是集電靴和直流熔斷器。熔斷器的作用是在連接受流器和牽引電機的電纜絕緣問題或是電機故障保護人身和設備安全，如果沒有熔斷器保護，可能會導致嚴重的火災［1］，傷及人身財產安全。

熔斷器的選擇必須根據供電的電壓制式、車輛運行的正常電流負荷大小及工作時間與頻率、車輛超負荷運行的時間及頻率、列車的編組及受流器的布置情況、三軌斷電區的最大長度等具體情況進行分析計算［2］。在現有的國內三軌供電的城軌交通中，采用電壓制式有DC 1 500 V和DC 750 V兩種，例如廣州地鐵采用的是DC 1 500 V，而北京地鐵、天津地鐵采用的是DC 750 V。在熔斷器選擇時應根據不同情況選取不同耐壓等級的直流型快速熔斷器，在選取快速熔斷器時要考慮快速熔斷器的特性是否符合要求，同時還要考慮環境溫度等情況。

1 快速熔斷器的應用特性

快速熔斷器的額定電流是以有效值表示的，一般正常通過電流為標稱額定電流的30%～70%?？焖偃蹟嗥鹘宇^處的連接狀況直接影響著快速熔斷器的溫升和可靠運行，為此必須保持接觸面的平整和清潔。

快速熔斷器的電流通過能力主要受溫升限制。實驗證明，快速熔斷器的溫升低于80℃時可以長期運行，溫升100℃時制造工藝穩定的產品仍能長期運行，溫升120℃是電流通過能力的臨界點，若溫升達到140℃時，快速熔斷器不能長期運行。

另外，快速熔斷器長期在電流波動荷載作用下經受冷熱周期性變化而引起熔體金屬老化，因此還要考慮此因素對熔斷器壽命的影響。

2 實例計算

天津地鐵3號線列車的基本配置單元為6輛車編組，采用3動3拖，具體編組方式：*Tc·M1*M2·T0*M1·Tc*（其中Tc車：帶司機室的拖車，T0車：不帶司機室的拖車，M1、M2車：動車；“·”：半永久性牽引桿；“*”：半自動車鉤）。受流器配置方案為：第1節車輛（Tc）配置2臺受流器，中間3節動車（M）各配置4臺受流器，第4節車輛（T0）無受流器，最后第6節車輛（Tc）配置2臺受流器。每列車配置16臺受流器。頭尾兩個受流器的間距是110.20 m，三軌斷電區的長度是91.8 m。

配置方案如圖1所示。

2.1 受流器配置與工作情況

整列車配置8對受流器，在正常情況下，8個受流器參與工作。

整車VVVF RMS電流：2 400 A（AW2），2 502 A（AW3）

整車SIV電流：480 A

正常負荷情況下，整車RMS電流：2 880 A

超載負荷情況下，整車RMS電流：2 982 A

由于8個受流器平均提供全車的供電，考慮10%電流負擔的不平衡，每個受流器通過的電流

正常負荷下：2 880×1.1÷8＝396 A

正常負荷下一個受流器失效：2 880×1.1÷7≈453 A超載負荷下：2 982×1.1÷8≈411 A

超載負荷下一個受流器失效：2 982×1.1÷7≈469 A

2.2 熔斷器的標稱電流計算

（1）正常負荷情況下

式中A1為環境溫度系數；C1為連接系數；A′2為周期可變電流系數。

（2）超負荷情況下

根據以上計算熔斷器的容量為800 A。主熔斷器可選用400 A 750 V DC×2（2個400 A熔斷器并聯使用，合計800 A，根據需要可以采用管型熔斷器，熔斷器箱采用阻燃劑絕緣材料完全密閉保護熔斷器不受來自外界物質的損害，并防止灰塵累計破壞熔斷器端子處的絕緣。

2.3 過斷軌區熔斷器容量核算

（1）受流器通過最大斷軌區工作狀況分析

最大斷軌區長度為91.8 m，最外端兩受流器的距離為110.20 m，如果將受流器從前往后依次編號為1～8號，則列車在進入該最大斷軌區時受流器參與工作的變化情況為：1～6號脫離工作，7、8號工作，行駛距離12.6 m→1～7號脫離工作，8號工作，行駛距離1.12 m→2～7號脫離工作，1、8號工作，行駛距離18.4 m→2～8號脫離工作，1號工作，行駛距離1.12 m→3～8號脫離工作，1、2號工作，行駛距離12.6 m→4～8號脫離工作，1、2、3號工作，行駛距離6.92 m。

從以上分析可以看出，在目前受流器的配置條件下，最少時只有1臺受流器參與工作，受流器單獨承擔全列車供電任務走行的距離是2.24 m，只有兩臺受流器參與工作，走行的距離是43.6 m，3臺受流器參與工作，走行的距離是33.36 m。

由于4臺受流器參與工作時的超負荷電流為822 A（411A×2），不超過1 000 A，依據800 A特性曲線，額定800 A的熔斷器：1 000 A可以長期工作，2 000 A可維持60 s，3 000 A可維持30 s，4 000 A可以維持5 s，在熔斷器最大工作電流5 040 A下，熔斷時間約為3 s。因此4臺以上受流器可以長期工作，因此不予考慮4臺以上受流器參與工作的電流影響情況。

（2）受流器承載能力分析

熔斷器的性能由熔斷器的時間/電流特性曲線決定（圖2）。正常工作時，熔斷器的工作點必須位于特性曲線的左側。一旦超限，熔斷器將熔斷破壞，以保護其他用電設備不至過熱損壞。

2.4 過斷軌區熔斷器次數核算

熔斷器經受不斷的脈沖沖擊，會產生熱循環，從而致使熔絲產生擴散、氧化、熱應力等，甚至加速。熔斷器將隨著脈沖能量和次數的增加而漸漸老化。圖3為熔斷器廠家的熔斷器電流比值與使用壽命的關系，各廠家的熔斷器性能不一樣，因此各廠家曲線也不一樣。

圖4為天津3號線列車線電流的曲線圖，通過曲線圖可以看出列車在不同速度情況下的線電流，通過受流器的接觸情況，可以算出熔斷器的通過電流和通過時間，下面分別對各種工況進行分析：

（1）1臺受流器為列車單獨工作的走行總距離是1.12 m（由于兩次中間斷開，只能算各1次），不同車速下的運行時間、電流及次數見表1。

過斷電區1臺受流器分析：依據800 A特性曲線，如果不斷開BHB（母線斷路器）的情況下整列車母線貫通，列車經過斷電區，應控制列車為惰行狀態或控制速度在15 km/h以下或60 km/h以上牽引，如果斷開BHB的情況下，受流器承載列車一半動力，無論車輛何種狀態均可以安全通過最大斷軌區。

（2）2臺受流器為列車單獨工作的走行總距離是43.6 m，不同車速下的運行時間及電流見表2。

過斷電區2臺受流器分析：依據800 A特性曲線，如果不斷開BHB的情況下（整列車母線貫通），列車過斷電區時，應控制列車為惰行狀態或控制速度在30 km/h以下或50 km/h以上牽引，如果斷開BHB的情況下，受流器承載列車一半動力，無論車輛何種狀態均可以安全通過最大斷軌區。

（3）3臺受流器為列車單獨工作的走行總距離是33.36 m，不同車速下的運行時間及電流見表3。

過斷電區3臺受流器分析：依據800 A特性曲線，列車過斷電區時，無論車輛何種狀態均可以安全通過最大斷軌區。

3 結束語

軌道交通的安全要求決定了先從整車要求計算熔斷器的容量，然后再從斷電區核算熔斷器的容量是否合適。

［1］ MULERTT C，黃 軒.軌道交通中直流熔斷器的選用［J］.低壓電器，2009，（11）：54-56.

［2］ 王季梅，何可平.地鐵電力機車用直流熔斷器的設計和開發［J］.低壓電器，2006，（12）：11-14.

［3］ 薛紅梅，石振森.快速熔斷器的選用及應用特性［J］.中國氯堿，2005，（02）：29-31.

Research on Selection of Current Collector Fuse for Urban Rail Vehicle

SHAN Baoqiang1，ZHANG Hongjiang2，XUE Sicai1，GAO Pengfei1，ZHANG Huiqing1，GONG Pizhu1
（1 Technology Center，CSR Qingdao Sifang Locomotive and Rolling Stock Co.，Ltd.，Qingdao 266111 Shandong，China；2 Operation Branch，Qingdao Metro Group Co.，Ltd.，Qingdao 266000 Shandong，China）

This paper analyzes the model selection of current collector fuse for urban rail vehicle，introduces the application characteristics of fast-acting fuse，and gives the fuse calculation method with Tianjin metro line 3.

urban rail vehicle；fuse；Tianjin metro line 3；characteristic curve

U239.5

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.05.12

1008－7842（2014）05－0051－04

9—）男，工程師（

2014－02－20）