动车组空调系统变压器原边保险丝熔断分析

文/李龙杰 陈钧润 宋伟雅

0 引言

电流保险丝是电器发生故障时保护电气装置安全的熔断体，其容量选择至关重要。保险丝容量如果过大，电器发生严重过载或短路时而不熔断，会烧毁电器；保险丝容量如果过小，用电器未达到额定功率，保险丝就熔断了，会影响电气装置的正常运行。只有选择得当，才能使电气装置安全可靠正常地运行。在动车组系统上，保险丝的容量选择更为重要，当电器发生故障或异常时，如果保险丝容量选择不对，没有及时熔断，伴随着电流不断升高，升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾，影响列车行驶安全。

1 问题概述

某动车组空调系统在线上运行时，因出现变压器损坏的现象，经讨论并验证后提出在变压器原边和副边增加保险丝的整改方案，整改完成后，空调系统运行过程中偶尔会发生变压器原边熔断丝熔断导致空调系统不制冷。而熔断丝熔断分为两种情况，一是玻璃管透明，多由非电路故障引起，通常是瞬间大电流冲击造成；另一种情况是玻璃管内壁附着黑色金属粉末或颗粒，表明电路存在严重的短路故障。现场熔断丝熔断后玻璃管透明，因此判定为瞬间大电流冲击造成。针对这一问题，在该型号动车不同车辆上进行试验，对车上电源及用电设备进行一系列的监控和分析，以找到真正原因、解决问题，从而完善整改方案。

2 空调系统变压器输入及输出端电压/电流监控

在变压器工作过程中，输入/输出电流、电压产生跳变主要发生在三个阶段：受电弓升（供电）；变压器输出端负载变化；受电弓降（断电）。试验在惠州动车所和佛山动车所进行了具体测试。

2.1 惠州动车所测试

在惠州动车所测试了该型号动车组04 车，测试空调变压器输入电流/电压（见图1）。

图1 惠州动车所04车空调变压器原边电压、电流测试波形

（1）接通VCB，变压器输入端电压约为404V，电流约为0.121A。

（2）空调全冷工况下，空调正常启动，变压器上的四个液管阀依次开启动，变压器原边电压约为404V，电流最大约为0.3A。

（3）断开VCB，空调变压器原边电流最大约为0.3A，电流峰峰值达到了1.98A，波动时间约4s。

根据上述测试结果分析，接通VCB 时，变压器输入电压、电流平稳正常，电流小于0.5A；空调系统全冷时，负载变化时变压器输入电压、电流正常，电流小于0.5A；断开VCB 时，变压器输入电流峰值达0.99A，波动时间4s左右。从图2来看，熔断时间小于 3s。所以，在这种情况下，选择0.5A保险丝会存在该熔断丝熔断的可能性。

图2 保险丝熔断曲线

随后，经现场对该动车组05车测试，对其控制柜变压器进行VCB 断开，控制柜保险丝熔断，验证了该分析的正确性。

2.2 佛山动车所测试

在佛山动车所测试该型号动车组03车、04车，测试空调变压器输入输出电流电压。

2.2.1 03车测试波形

（1）空调全冷工况，03 车空调正常起机，变压器原边副边电压、电流值见表1。

表1 佛山动车所03车全冷工况电压电流

（2）断开VCB，03 车空调变压器原边、副边电压、电流值见表2，测试波形见图3。

表2 佛山动车所03车断开VCB电压电流

图3 佛山动车所03车断开VCB电压、电流测试波形

2.2.2 04 车测试波形

（1）空调全冷工况下，04车空调正常起机工作，变压器原边副边电压、电流值见表3。

表3 佛山动车所04车全冷工况电压电流

（2）断开VCB后，04 车空调变压器原边、副边电压、电流值见表4，测试波形见图4。

图4 佛山动车所04车断开VCB电压、电流测试波形

表4 佛山动车所04车断开VCB电压电流

●空调压缩机正常工作时，变压器输入电流均在0.5A 以下（03车为0.29A、04车为0.21A）。

● 断开VCB 时，变压器输入电流会突然增大，超过0.5A（03车电流为0.72A，持续时间2s左右），说明断开VCB 后0.5A的保险丝有熔断的可能。

3 原边保险丝选择及验证

综上，选择保险丝的原则是：

（1） 应能有效避开VCB 断开时的电流冲击；

（2）应该在次级线圈短路时原边保险丝瞬断，从而有效保护变压器，故需测试或计算出冲击电流大小及时间、短路电流大小。其中，冲击电流由图1可知，最大峰值为0.99A ，波动时间约为4s；短路电流，将次级线圈短路，原边接在电源上，用示波器作短时监控即可测出，有效值为2.87A，曲线如图5所示。

图5 次级线圈短路电流

经以上分析，并参考如图5所示的保险丝熔断曲线，该动车空调系统变压器原边保险丝容量选择1A，其在1A~2A 的范围内熔断时间大于300s，在接近3A 的情况下小于1s。为验证结论的准确性，先将保险丝放于电流回路中，调整电流在1A~2A 之间，实测电流为2A，通电时间为60s，保险丝并未熔断；再将保险丝置于变压器原边电路，次级边短路，给变压器通电，原边保险丝瞬断，并反复验证3次，3 次都瞬断。由于保险丝瞬断，示波器无法捕捉其波形，但实验的可重复性足以证明将原边保险丝换成1A的可行性。

4 次级端0.125A 保险丝验证

由于次级端电流较小，根据计算及以上测得的波形可得知，次级端共4个电磁阀线圈负载，每个负载最大电流约为0.06A，目前适合这种负载的只有0.125A保险丝。电磁阀正常的情况下长时运行，无熔断现象，因此只需验证在负载异常的情况下0.125A保险丝能有效保护变压器。以空调系统上的故障电磁阀线圈作为负载，给变压器通电，0.125A 保险丝瞬断；每路反复验证3 次，共发生12次瞬断。由于保险丝瞬断，示波器无法捕捉其波形，但实验的可重复性足以证明次级端0.125A 保险丝能对变压器进行有效保护，且在正常工作时不发生熔断。

5 结束语

本文着重从实际试验中监测动车空调系统在不同状态下的电压/电流值，来确定保险丝的选型。选择保险丝的型号时，保险丝的熔体额定电流不但要大于被保护电路的实际工作电流，还应考虑被保护设备在不同状态下产生的尖峰电流，只有满足这一选型原则，才能够确保当电路出现正常尖峰电流时保险丝不会产生熔断反应，保证空调的正常使用和起到应有的保护作用，保证列车的行驶安全。