軌道車輛載流分析及電纜選型設計

劉明玉 湯人杰

摘 要：本文根據城市軌道車輛的回流電路并聯分流的特點，從布線施工、電纜選型、線路阻值等方面進行電路實際電流情況分析，反向驗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電纜失效的情況，也為存在類似并聯分流電路的城軌車輛提供一種電纜選型的理論計算方法。

關鍵詞：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存在一些并聯分流的電路，我們習慣于不同支流選用同一款線型，而往往在實際的電流測試過程中會發現，并聯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負電流情況。當電纜長時間超負荷運行，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行分析十分必要。

根據各個項目設計的不同，本文擬選取某城軌項目的接地回流電路為例，對并聯分流電路里各支路電流情況進行分析，并對電纜選型進行復核驗證。

2 項目背景

軌道交通車輛為保證車輛上電力或電子設備能可靠工作，通過輪軌提供一個線路電流的負極回流。在每個動力轉向架的每根軸端各設置一個接地裝置，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

轉換為實際的工作電路后，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），經過安裝在轉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

電流分析計算基于“并聯分流”，計算結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算得出，依據牽引系統的電路仿真，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際負載相關，依據項目計算可得出輔助系統總電流為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 布線工程設計

由圖2所示，Ia經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

在實際布線的施工中，車輛電纜被劃分為整車電纜和轉向架電纜。整車電纜為在車體底架線槽內敷設的電纜，從匯流排到轉向架，轉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

整條電路分別經過匯流排接線端子、轉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

接地電阻的技術規格書中明確其阻值≤5mΩ。

●電纜阻抗

通過查詢本項目電纜技術規格書，電纜載流能力、電纜阻抗值詳見下圖。

首先預設本項目使用電纜為50mm2。其次根據布線施工設計，分別得出①②③④的電纜敷設長度如下。

●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，求和計算各分流電路阻抗總值。該項目各分流電路阻抗總值如下。

4.4 電路電流

并聯電路中，每條電路的電纜相等，負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EN50343的要求，考慮電纜在實際使用中的校正系數k1，k2，k3，k4，k5，計算電纜載流容量Icorr=Icable×k1×k2×k3×k4×k5。

本項目最開始預設電纜為50mm2，從圖4中得出Icable為240A，經過修正系數計算后，電纜的實際載流能力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。

結語

本文僅根據軌道交通車輛某項目并聯電路的電流分布展開的粗略分析。總體來講，我們應該結合車輛實際的布線施工情況，具體分析各支路電流分布，根據標準認真核算每條電纜的載流量，使得我們的設計選型能夠滿足要求，避免出現電纜超載情況，這樣我們的車輛才能更加安全、可靠。

參考文獻：

［1］EN 503432014鐵路應用—機車車輛—布線規則［S］.

［2］羅楚軍，馮玉雷，李健，等.并聯電纜負載容量利用率分析［J］.電力科學與技術學報，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計工作。