蘇州地鐵3號線列車空調(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號線列車空調(diào)供電斷路器的相關(guān)參數(shù)入手，通過分析斷路器安裝的環(huán)境溫度、安裝時排布數(shù)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(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臺空調(diào)機組，通過空調(diào)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(diào)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(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斷空調(diào)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(fā)揮保護功能，為空調(diào)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(diào)試期間發(fā)生多起空調(diào)顯紅故障，通常為空調(diào)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(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)為空調(diào)機組的供電斷路器非正常脫扣導致，且發(fā)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(diào)供電斷路器主要用于在空調(diào)機組或機組供電線路出現(xiàn)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(diào)機組或機組供電線路出現(xiàn)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(diào)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(fā)生故障后對空調(diào)機組設備及供電線路進行檢查，未發(fā)現(xiàn)有異?，F(xiàn)象，設備絕緣及耐壓均正常 因多列車不同機組發(fā)生同樣斷路器脫扣故障且在檢查斷路器時未發(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號線列車空調(diào)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(huán)境溫度、安裝時排布數(shù)量、海拔高度、電源頻率等因素均會對斷路器脫扣電流產(chǎn)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(huán)境溫度及安裝時排布數(shù)量。

1）斷路器額定電流因環(huán)境溫度的降容計算

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號線電客車空調(diào)供電斷路器在高溫季節(jié)正常工作時環(huán)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(shù)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(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，即修正系數(shù)為 0.77（如下圖所示）。結(jié)合斷路器因環(huán)境溫度的降容計算，型號為 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)機組電流分析

根據(jù)空調(diào)供應商提供設計數(shù)據(jù)及該項目的型式試驗報告，空調(diào)機組啟動時啟動最大沖擊電流為 115A，持續(xù)時間為 100ms。在最大負荷制冷工況下空調(diào)輸入側(cè)三相交流電輸入電流值為38.2A。

5對比分析

1）空調(diào)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(qū)的最短時間約為 6S，而啟動最大沖擊電流持續(xù)時間為 100ms，達不到斷路器脫扣的持續(xù)時間，即啟動過程中不會導致斷路器脫扣。

2）空調(diào)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(qū)的最短時間約為 4分鐘。即在空調(diào)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(xiàn)脫扣現(xiàn)象，這符合現(xiàn)場的故障情況。

6結(jié)論及對策方案

如上分析，3號線列車空調(diào)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?。?，在制冷工況下工作時間過長將存在過載脫扣的情況。根據(jù) ABB產(chǎn)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(jīng)過計算，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(fā)生過相同故障。

參考文獻：

[1] ABB終端配電保護產(chǎn)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）