蘇州地鐵3號線列車空調供電斷路器脫扣故障分析

林有兵

摘要：本文從蘇州地鐵 3號線列車空調供電斷路器的相關參數入手，通過分析斷路器安裝的環境溫度、安裝時排布數量等因素對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。

關鍵詞：列車 空調供電斷路器 脫扣 降容 故障分析

1概述

蘇州地鐵 3號線列車采用 B2型車，6節編組。為保證乘客舒適度，每節車廂上安裝有 2臺空調機組，通過空調機組制冷、通風等工況為乘客提供新鮮舒適的空氣。每臺空調機組采用獨立的 AC380V交流供電，并配有單獨的供電斷路器（ACIVCB，安裝于車底低壓箱內），該供電斷路器是空調供電系統中的重要組成部分，不僅可以正常接通與分斷空調機組的負荷電流，還可以自動脫扣分斷過載電流和短路電流，在電路中發揮保護功能，為空調機組設備提供保護。該斷路器使用的是 ABB廠家的 S203-K50三極交流斷路器。

2019年，3號線列車在調試期間發生多起空調顯紅故障，通常為空調機組在制冷工況下工作幾分鐘后突然故障，開啟緊急通風功能。后經檢查發現為空調機組的供電斷路器非正常脫扣導致，且發生的時間主要是在夏季高溫時期。本文通過對該斷路器脫扣原因的分析，提出切實可行的解決方案。

2供電斷路器脫扣原因分析

空調供電斷路器主要用于在空調機組或機組供電線路出現過載或短路時，斷路器可及時脫扣從而起到對設備的保護作用。斷路器脫扣的主要原因有：

1、空調機組或機組供電線路出現過載或短路 ?2、斷路器本身存在故障 ?3、斷路器選型不合理，即空調機組啟動時瞬間或正常工作時輸入電流達到斷路器脫扣電流且時間超過斷路器脫扣的允許時間。

針對上述原因，維修人員在發生故障后對空調機組設備及供電線路進行檢查，未發現有異常現象，設備絕緣及耐壓均正常 因多列車不同機組發生同樣斷路器脫扣故障且在檢查斷路器時未發現斷路器存在故障現象，故排除 1、2的可能性。

3斷路器參數分析

蘇州地鐵 3號線列車空調機組供電所使用的 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，環境溫度、安裝時排布數量、海拔高度、電源頻率等因素均會對斷路器脫扣電流產生影響。該斷路器在工作時，海拔高度（低于 2000 m）及電源頻率（50HZ）均為基準值，可不考慮影響，故影響脫扣電流的因素為環境溫度及安裝時排布數量。

1）斷路器額定電流因環境溫度的降容計算

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

3號線電客車空調供電斷路器在高溫季節正常工作時環境溫度約為 40度，型號為 S203-K50的斷路器額定電流被修正后的數值為 43.3A。

2）斷路器額定電流因排布條件的降容計算

當多臺斷路器并排緊靠在一起運行時，散熱條件變差了，又加之斷路器間的相互熱傳導和熱幅射，因此斷路器應降容使用。蘇州 3號線空調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，根據斷路器的現場安裝排布情況可知，與空調供電斷路器并排安裝的斷路器共有 8個，即修正系數為 0.77（如下圖所示）。結合斷路器因環境溫度的降容計算，型號為 S203-K50的斷路器額定電流被修正后的數值為43.3A伊0.77=33.341A。

即該空調斷路器在安裝使用后經環境溫度、安裝時排布數量、海拔高度、電源頻率等因素降容后額定電流為 33.341A。

4空調機組電流分析

根據空調供應商提供設計數據及該項目的型式試驗報告，空調機組啟動時啟動最大沖擊電流為 115A，持續時間為 100ms。在最大負荷制冷工況下空調輸入側三相交流電輸入電流值為38.2A。

5對比分析

1）空調機組啟動時啟動最大沖擊電流為 115A，啟動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，當通過電流為額定電流 3.45倍時，斷路器進入脫扣區的最短時間約為 6S，而啟動最大沖擊電流持續時間為 100ms，達不到斷路器脫扣的持續時間，即啟動過程中不會導致斷路器脫扣。

2）空調機組在最大負荷制冷工作時輸入電流為 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，該情況下斷路器進入脫扣區的最短時間約為 4分鐘。即在空調機組制冷工況下工作 4分鐘后該供電斷路器便可能會出現脫扣現象，這符合現場的故障情況。

6結論及對策方案

如上分析，3號線列車空調供電斷路器頻繁脫扣原因為選型問題（斷路器本身額定電流過小），在制冷工況下工作時間過長將存在過載脫扣的情況。根據 ABB產品型號選擇，將該斷路器型號更換為額定電流為 63A，脫扣特性為 C或 D特性的同品牌同系列斷路器。經過計算，該斷路器經溫度及排布降容后額定電流為45.738A（溫度降容后為 59.4A，排布降容系數仍為 0.77）。根據 C或 D脫扣特性，該斷路器電流值即可滿足空調啟動時的瞬間電流，亦可滿足正常工作時的電流。 3號線電客車在后期運營過程中，未發生過相同故障。

參考文獻：

[1] ABB終端配電保護產品（S200系列）05 2012.

（作者單位 ：蘇州市軌道交通集團有限公司運營一分公司）