城軌車輛跨車高壓連接器載流分析及選型計算

王超 宋德釗 趙小軍

摘 要：本文以城軌地鐵車輛為基礎，對跨車高壓連接器的載流進行系統分析，并以洛陽市軌道交通2號線一期工程車輛為例對各路跨車高壓連接器進行載流計算，最終選出安全可靠的連接器。

關鍵詞：城軌車輛;載流分析;跨車高壓連接器;接觸體

1 概述

跨車連接器用于車輛間的電氣連接，是保障列車安全運營的關鍵零部件。城軌車輛跨車高壓回路一般分為1 500 V＼750 V主電路、380 V主電路以及110 V主電路，因此需分別對對應的3種跨車連接器進行選型計算。

本文基于洛陽市軌道交通2號線一期工程車輛布線技術方案為例，對城軌車輛中的各車高壓連接器選型計算進行詳細闡述。

2 城軌車輛跨車連接器布置方案及選型依據

2.1 列車編組圖及高壓連接器布置

洛陽市軌道交通2號線一期工程車輛列車編組形式為：=Tc-Mp-M-M-Mp-Tc，如圖1所示，其中=為全自動車鉤，-為半永久牽引桿，Tc車為拖車，Mp、M車為動車;車輛運行環境﹣20°～﹢45°。

各車高壓連接器布置從車鉤往車輛外側看，依次為列車110 V直流母線連接器、380 V母線連接器、1 500 V高壓母線連接器。

2.2 連接器選型依據

連接器由外殼、絕緣體、接觸體三大部分組成，根據應用情況，還會選擇一些附件如：螺栓適配器、三角板、把手板等。

2.2.1 外殼選型

目前株機公司城軌車輛用高壓連接器主流為矩形，矩形外殼常用的規格為24#、32#，常用外殼參數如表1所示：

2.2.2 絕緣體及接觸體選型

絕緣體的型號根據接觸體的型號確定。

接觸體的選型為連接器選型的關鍵，其型號根據以下要素確定：

（1）合同規定的車輛運行環境溫度;

（2）線路額定電流;

（3）具體廠家的接觸體載流曲線。

連接器接觸體選型原則：在合同規定的最高溫度下，連接器接觸體載流容量大于線路的額定電流。

連接器接觸體選型建議為：

（1）線纜規格在25 mm2及以下時接觸體及絕緣體選用200 A或100 A系列;當線纜規格在35 mm2～120 mm2時接觸體及絕緣體均采用350 A系列;在使用350 A系列接觸體及絕緣體時，如單根線纜承載的額定電流不超過140 A，可使用35 mm2電纜與之連接;單根線纜承載的額定電流在140 A～160 A，建議使用50 mm2電纜與之連接;單根線纜承載的額定電流在200 A～240 A，建議使用70 mm2電纜與之連接;單根線纜承載的額定電流在240 A～280 A，建議使用95 mm2電纜與之連接;單根線纜承載的額定電流在280 A～320 A，建議使用120 mm2電纜與之連接;在單根線纜承載的額定電流超過320 A時，建議接觸體及絕緣體選用650 A系列;

（2）對于200 A及以上系列接觸體選型建議留不低于20 A的余量。

3 各車高壓連接器的載流分析

3.1 110 V回路母線連接器載流分析

整列車正常負載功率：18.5 kW ;

Tc車直流負載功率：4.3 kW;

Mp車直流負載功率：2.48 kW;

M車直流負載功率：2.48 kW;

洛陽2號線項目配置兩臺充電機給直流負載供電，正常工況下，本單元的110 V負載由本單元的充電機供電。當一個充電機故障，由另一個充電機給整列車的直流負載進行供電，此種工況流經車端連接器的電流最大，下述考慮一個充電機故障工況下車端連接器電流：

3.2 380 V母線連接器載流分析

洛陽2號線項目380 V配置兩臺輔助逆變器，采用擴展供電方式，正常工況本單元輔助逆變器直接給本單元的各車交流負載供電，當一臺輔助逆變器故障時，由另一臺輔助逆變器給整車所有交流負載供電，經過計算對比，故障工況下流經跨車連接器的電流更大，下述按一臺輔逆故障工況分析車端連接器電流，表2為一臺輔逆故障工況下各車負載功率：

3.3 1 500 V母線連接器載流分析

（1）Tc-Mp車高壓連接器用于Tc車輔助逆變器正極輸入車端打斷;根據供應商提供的電纜電流計算說明文件，輔助逆變器輸出功率P=220 kVA，功率因數0.9;Tc-Mp車連接器負載電流Iload=220×1 000/1 500/0.9=163 A， 實際運行中，輔助逆變器的輸出功率小于其額定功率。

（2）Mp-M車高壓連接器用于M車牽引逆變器輸入和輔助母線車端打斷;根據供應商提供的電纜電流計算說明文件，M車牽引逆變器負載電流由實際線路仿真計算得出，其值為Iload=400 A（載荷：AW2），兩根承載，單根回路電流值200 A。跨車連接器牽引輸入單根負載電流值200 A，輔助母線負載電流163 A。

（3）M-M車高壓連接器用于輔助母線車端打斷，其負載電流值為163 A。

4 連接器選型計算

EN50343標準提供了90度最大導線工作溫度下標準壁厚電纜的載流量，部分示例如下：

根據對洛陽2項目的高壓連接器載流分析及20 A的安全余量，110 V母線連接器、380 V連接器、1 500 V連接器的最大負載電流分別為129 A、228.5 A、200 A，根據表3跨接電纜截面積應介于35 mm2～120 mm2，根據本文2.2.2規定可選擇350 A的接觸體及絕緣體即可滿足要求。圖2為本項目連接器廠家提供的350 A系列絕接觸體載流曲線。

按照45°工作環境，依據350 A絕緣體載流曲線，連接器導體載流容量大于線路額定電流原則，最終高壓連接器的插頭插座接觸體選型如表4所示：

5 結束語

在進行跨車高壓連接器選型計算時，應考慮到列車的各種運行工況，保證最惡劣的工況下連接器接觸體載流容量大于線路的額定電流，本文以洛陽2項目為例對跨車高壓連接器的載流工況及選型依據作了較為全面闡述，為后續其他項目連接器選型提供了一個很好的借鑒。

參考文獻：

[1]王劍平.電纜截面核算在電纜選型中的應用介紹[J].技術與市場，2014，21（5）：83-84+86.

[2] EN50343-2014，鐵路應用-機車車輛布線規則[S].