城轨车辆受流器熔断器的选型研究

单保强，张红江，薛思才，高鹏飞，张会青，公丕柱

（1 南车青岛四方机车车辆股份有限公司 技术中心，山东青岛266111；2 青岛地铁集团有限公司 运营分公司，山东青岛26600）

城轨车辆受流器熔断器的选型研究

单保强1，张红江2，薛思才1，高鹏飞1，张会青1，公丕柱1

（1 南车青岛四方机车车辆股份有限公司 技术中心，山东青岛266111；2 青岛地铁集团有限公司 运营分公司，山东青岛26600）

分析了城轨车辆受流器熔断器选型时应考虑的各种因素，介绍了快速熔断器的应用特性，最后结合天津地铁3号线给出了熔断器计算方法。

城轨车辆；熔断器；天津地铁3号线；特性曲线

三轨供电的列车通过受流器从三轨取电供车辆使用，受流器的基本组成部分是集电靴和直流熔断器。熔断器的作用是在连接受流器和牵引电机的电缆绝缘问题或是电机故障保护人身和设备安全，如果没有熔断器保护，可能会导致严重的火灾［1］，伤及人身财产安全。

熔断器的选择必须根据供电的电压制式、车辆运行的正常电流负荷大小及工作时间与频率、车辆超负荷运行的时间及频率、列车的编组及受流器的布置情况、三轨断电区的最大长度等具体情况进行分析计算［2］。在现有的国内三轨供电的城轨交通中，采用电压制式有DC 1 500 V和DC 750 V两种，例如广州地铁采用的是DC 1 500 V，而北京地铁、天津地铁采用的是DC 750 V。在熔断器选择时应根据不同情况选取不同耐压等级的直流型快速熔断器，在选取快速熔断器时要考虑快速熔断器的特性是否符合要求，同时还要考虑环境温度等情况。

1 快速熔断器的应用特性

快速熔断器的额定电流是以有效值表示的，一般正常通过电流为标称额定电流的30%～70%。快速熔断器接头处的连接状况直接影响着快速熔断器的温升和可靠运行，为此必须保持接触面的平整和清洁。

快速熔断器的电流通过能力主要受温升限制。实验证明，快速熔断器的温升低于80℃时可以长期运行，温升100℃时制造工艺稳定的产品仍能长期运行，温升120℃是电流通过能力的临界点，若温升达到140℃时，快速熔断器不能长期运行。

另外，快速熔断器长期在电流波动荷载作用下经受冷热周期性变化而引起熔体金属老化，因此还要考虑此因素对熔断器寿命的影响。

2 实例计算

天津地铁3号线列车的基本配置单元为6辆车编组，采用3动3拖，具体编组方式：*Tc·M1*M2·T0*M1·Tc*（其中Tc车：带司机室的拖车，T0车：不带司机室的拖车，M1、M2车：动车；“·”：半永久性牵引杆；“*”：半自动车钩）。受流器配置方案为：第1节车辆（Tc）配置2台受流器，中间3节动车（M）各配置4台受流器，第4节车辆（T0）无受流器，最后第6节车辆（Tc）配置2台受流器。每列车配置16台受流器。头尾两个受流器的间距是110.20 m，三轨断电区的长度是91.8 m。

配置方案如图1所示。

2.1 受流器配置与工作情况

整列车配置8对受流器，在正常情况下，8个受流器参与工作。

整车VVVF RMS电流：2 400 A（AW2），2 502 A（AW3）

整车SIV电流：480 A

正常负荷情况下，整车RMS电流：2 880 A

超载负荷情况下，整车RMS电流：2 982 A

由于8个受流器平均提供全车的供电，考虑10%电流负担的不平衡，每个受流器通过的电流

正常负荷下：2 880×1.1÷8＝396 A

正常负荷下一个受流器失效：2 880×1.1÷7≈453 A超载负荷下：2 982×1.1÷8≈411 A

超载负荷下一个受流器失效：2 982×1.1÷7≈469 A

2.2 熔断器的标称电流计算

（1）正常负荷情况下

式中A1为环境温度系数；C1为连接系数；A′2为周期可变电流系数。

（2）超负荷情况下

根据以上计算熔断器的容量为800 A。主熔断器可选用400 A 750 V DC×2（2个400 A熔断器并联使用，合计800 A，根据需要可以采用管型熔断器，熔断器箱采用阻燃剂绝缘材料完全密闭保护熔断器不受来自外界物质的损害，并防止灰尘累计破坏熔断器端子处的绝缘。

2.3 过断轨区熔断器容量核算

（1）受流器通过最大断轨区工作状况分析

最大断轨区长度为91.8 m，最外端两受流器的距离为110.20 m，如果将受流器从前往后依次编号为1～8号，则列车在进入该最大断轨区时受流器参与工作的变化情况为：1～6号脱离工作，7、8号工作，行驶距离12.6 m→1～7号脱离工作，8号工作，行驶距离1.12 m→2～7号脱离工作，1、8号工作，行驶距离18.4 m→2～8号脱离工作，1号工作，行驶距离1.12 m→3～8号脱离工作，1、2号工作，行驶距离12.6 m→4～8号脱离工作，1、2、3号工作，行驶距离6.92 m。

从以上分析可以看出，在目前受流器的配置条件下，最少时只有1台受流器参与工作，受流器单独承担全列车供电任务走行的距离是2.24 m，只有两台受流器参与工作，走行的距离是43.6 m，3台受流器参与工作，走行的距离是33.36 m。

由于4台受流器参与工作时的超负荷电流为822 A（411A×2），不超过1 000 A，依据800 A特性曲线，额定800 A的熔断器：1 000 A可以长期工作，2 000 A可维持60 s，3 000 A可维持30 s，4 000 A可以维持5 s，在熔断器最大工作电流5 040 A下，熔断时间约为3 s。因此4台以上受流器可以长期工作，因此不予考虑4台以上受流器参与工作的电流影响情况。

（2）受流器承载能力分析

熔断器的性能由熔断器的时间/电流特性曲线决定（图2）。正常工作时，熔断器的工作点必须位于特性曲线的左侧。一旦超限，熔断器将熔断破坏，以保护其他用电设备不至过热损坏。

2.4 过断轨区熔断器次数核算

熔断器经受不断的脉冲冲击，会产生热循环，从而致使熔丝产生扩散、氧化、热应力等，甚至加速。熔断器将随着脉冲能量和次数的增加而渐渐老化。图3为熔断器厂家的熔断器电流比值与使用寿命的关系，各厂家的熔断器性能不一样，因此各厂家曲线也不一样。

图4为天津3号线列车线电流的曲线图，通过曲线图可以看出列车在不同速度情况下的线电流，通过受流器的接触情况，可以算出熔断器的通过电流和通过时间，下面分别对各种工况进行分析：

（1）1台受流器为列车单独工作的走行总距离是1.12 m（由于两次中间断开，只能算各1次），不同车速下的运行时间、电流及次数见表1。

过断电区1台受流器分析：依据800 A特性曲线，如果不断开BHB（母线断路器）的情况下整列车母线贯通，列车经过断电区，应控制列车为惰行状态或控制速度在15 km/h以下或60 km/h以上牵引，如果断开BHB的情况下，受流器承载列车一半动力，无论车辆何种状态均可以安全通过最大断轨区。

（2）2台受流器为列车单独工作的走行总距离是43.6 m，不同车速下的运行时间及电流见表2。

过断电区2台受流器分析：依据800 A特性曲线，如果不断开BHB的情况下（整列车母线贯通），列车过断电区时，应控制列车为惰行状态或控制速度在30 km/h以下或50 km/h以上牵引，如果断开BHB的情况下，受流器承载列车一半动力，无论车辆何种状态均可以安全通过最大断轨区。

（3）3台受流器为列车单独工作的走行总距离是33.36 m，不同车速下的运行时间及电流见表3。

过断电区3台受流器分析：依据800 A特性曲线，列车过断电区时，无论车辆何种状态均可以安全通过最大断轨区。

3 结束语

轨道交通的安全要求决定了先从整车要求计算熔断器的容量，然后再从断电区核算熔断器的容量是否合适。

［1］ MULERTT C，黄 轩.轨道交通中直流熔断器的选用［J］.低压电器，2009，（11）：54-56.

［2］ 王季梅，何可平.地铁电力机车用直流熔断器的设计和开发［J］.低压电器，2006，（12）：11-14.

［3］ 薛红梅，石振森.快速熔断器的选用及应用特性［J］.中国氯碱，2005，（02）：29-31.

Research on Selection of Current Collector Fuse for Urban Rail Vehicle

SHAN Baoqiang1，ZHANG Hongjiang2，XUE Sicai1，GAO Pengfei1，ZHANG Huiqing1，GONG Pizhu1
（1 Technology Center，CSR Qingdao Sifang Locomotive and Rolling Stock Co.，Ltd.，Qingdao 266111 Shandong，China；2 Operation Branch，Qingdao Metro Group Co.，Ltd.，Qingdao 266000 Shandong，China）

This paper analyzes the model selection of current collector fuse for urban rail vehicle，introduces the application characteristics of fast-acting fuse，and gives the fuse calculation method with Tianjin metro line 3.

urban rail vehicle；fuse；Tianjin metro line 3；characteristic curve

U239.5

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.05.12

1008－7842（2014）05－0051－04

9—）男，工程师（

2014－02－20）