軌道車輛載流分析及電纜選型設(shè)計(jì)

劉明玉 湯人杰

摘 要：本文根據(jù)城市軌道車輛的回流電路并聯(lián)分流的特點(diǎn)，從布線施工、電纜選型、線路阻值等方面進(jìn)行電路實(shí)際電流情況分析，反向驗(yàn)證電纜選型是否滿足要求，避免因支路電流超過電纜承載能力而出現(xiàn)電纜失效的情況，也為存在類似并聯(lián)分流電路的城軌車輛提供一種電纜選型的理論計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：軌道車輛；電流分析；電纜選型

CurrentAnalysis and Cable Selection of Rail Rolling Stock

Liu Mingyu Tang Renjie

CRRC Zhuzhou Locomotive Co.，Ltd HunanZhuzhou 412001

Abstract：According to the characteristics of parallel shunting of the return circuit of urban rail vehicles，this paper analyzes the actual current of the circuit from the aspects of wiring construction，cable selection，line resistance，etc.，and reversely verifies whether the cable selection meets the requirements，to avoid cable failure due to the branch current exceeding the cable carrying capacity，and also provides a theoretical calculation method for cable selection for urban rail vehicles with parallel shunting circuits.

Keywords：railtransit；Current analysis；Cable selection

1 概述

城市軌道交通車輛通常會(huì)存在一些并聯(lián)分流的電路，我們習(xí)慣于不同支流選用同一款線型，而往往在實(shí)際的電流測試過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)，并聯(lián)分流的電路里電纜載流情況極不平衡，同一回路中有些電纜的載流超過自身承載能力，有些電纜的載流極小甚至出現(xiàn)負(fù)電流情況。當(dāng)電纜長時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行，將造成電纜使用壽命縮短，甚至造成電氣安全問題，為保證電纜載流不超過本身能力，因此針對同一回路中不同支路的載流情況進(jìn)行分析十分必要。

根據(jù)各個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的不同，本文擬選取某城軌項(xiàng)目的接地回流電路為例，對并聯(lián)分流電路里各支路電流情況進(jìn)行分析，并對電纜選型進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)證。

2 項(xiàng)目背景

軌道交通車輛為保證車輛上電力或電子設(shè)備能可靠工作，通過輪軌提供一個(gè)線路電流的負(fù)極回流。在每個(gè)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架的每根軸端各設(shè)置一個(gè)接地裝置，將牽引逆變器和輔助逆變器的工作回流在車下接地端子排匯流后通過接地裝置連至鋼軌，如圖1所示。

3 工作電路

轉(zhuǎn)換為實(shí)際的工作電路后，某城軌車輛的接地回流電路如圖2。接地回流電路為2路牽引箱1500V和1路輔助逆變器1500V在匯流排匯合，通過4路分流（1軸、2軸、3軸、4軸），經(jīng)過安裝在轉(zhuǎn)向架軸端的接地裝置回流，最終回到與鋼輪接觸的鋼軌（即大地）。

4 電流分析

電流分析計(jì)算基于“并聯(lián)分流”，計(jì)算結(jié)果需滿足每條電纜通過電流小于其載流能力。

4.1 電路總電流

牽引箱電流主要通過仿真計(jì)算得出，依據(jù)牽引系統(tǒng)的電路仿真，牽引箱的總電流為400A，分為兩路回流，即圖2中所示的牽引箱1、牽引箱2。

輔逆箱電流與城軌車輛實(shí)際負(fù)載相關(guān)，依據(jù)項(xiàng)目計(jì)算可得出輔助系統(tǒng)總電流為106A，通過1條電路回流，即圖2中所示的輔逆箱。

電路總電流=牽引箱總電流+輔逆箱總電流

Ia=400+106=506A

4.2 布線工程設(shè)計(jì)

由圖2所示，Ia經(jīng)過匯流排匯總后分成4條電路回到鋼軌，分別定義為①②③④。

圖3 電路分流

在實(shí)際布線的施工中，車輛電纜被劃分為整車電纜和轉(zhuǎn)向架電纜。整車電纜為在車體底架線槽內(nèi)敷設(shè)的電纜，從匯流排到轉(zhuǎn)向架，轉(zhuǎn)向架電纜為接地裝置上車電纜。兩段電纜之間通過接線端子短接，布線施工示意見圖4。

4.3 電路阻抗

電路阻抗包含連接端子的接觸阻抗、電纜阻抗、接地裝置阻抗。

●接觸阻抗

整條電路分別經(jīng)過匯流排接線端子、轉(zhuǎn)向架電纜與整車電纜的連接端子、接地電阻的接線端子，連接端子的阻抗為0.12mΩ/PC，綜合后，接觸阻抗見下表。

●接地裝置阻抗

接地電阻的技術(shù)規(guī)格書中明確其阻值≤5mΩ。

●電纜阻抗

通過查詢本項(xiàng)目電纜技術(shù)規(guī)格書，電纜載流能力、電纜阻抗值詳見下圖。

首先預(yù)設(shè)本項(xiàng)目使用電纜為50mm2。其次根據(jù)布線施工設(shè)計(jì)，分別得出①②③④的電纜敷設(shè)長度如下。

●總阻抗

通過上述核算出的接觸阻抗、接地裝置阻抗、電纜阻抗，求和計(jì)算各分流電路阻抗總值。該項(xiàng)目各分流電路阻抗總值如下。

4.4 電路電流

并聯(lián)電路中，每條電路的電纜相等，負(fù)荷分流取決于電路阻抗。

U=U1=U2=U3=U4=IaRL。

RL=11R1+1R2+1R3+1R4=2.2mΩ

根據(jù)電壓相等原則，IaRL=I1R1=I2R2=I3R3=I4R4

得出：

I1=IaRL/R1=116.4A

I2=IaRL/R2=136.6A

I3=IaRL/R3=136.6A

I4=IaRL/R4=116.4A

4.5 電纜載流核算

根據(jù)EN50343的要求，考慮電纜在實(shí)際使用中的校正系數(shù)k1，k2，k3，k4，k5，計(jì)算電纜載流容量Icorr=Icable×k1×k2×k3×k4×k5。

本項(xiàng)目最開始預(yù)設(shè)電纜為50mm2，從圖4中得出Icable為240A，經(jīng)過修正系數(shù)計(jì)算后，電纜的實(shí)際載流能力Icorr=175.2A。均大于4.4中估算出的①、②、③、④電路的電流，因此選型50mm2電纜滿足要求。

結(jié)語

本文僅根據(jù)軌道交通車輛某項(xiàng)目并聯(lián)電路的電流分布展開的粗略分析?？傮w來講，我們應(yīng)該結(jié)合車輛實(shí)際的布線施工情況，具體分析各支路電流分布，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)真核算每條電纜的載流量，使得我們的設(shè)計(jì)選型能夠滿足要求，避免出現(xiàn)電纜超載情況，這樣我們的車輛才能更加安全、可靠。

參考文獻(xiàn)：

［1］EN 503432014鐵路應(yīng)用—機(jī)車車輛—布線規(guī)則［S］.

［2］羅楚軍，馮玉雷，李健，等.并聯(lián)電纜負(fù)載容量利用率分析［J］.電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2021（1）：128136.

［3］苗彥英.城市軌道交通［M］.北京：北京科技出版社，1994.

作者簡介：劉明玉（1987— ），女，本科，工程師，從事軌道交通車輛布線設(shè)計(jì)工作。