轨道车辆载流分析及电缆选型设计

刘明玉 汤人杰

摘 要：本文根据城市轨道车辆的回流电路并联分流的特点，从布线施工、电缆选型、线路阻值等方面进行电路实际电流情况分析，反向验证电缆选型是否满足要求，避免因支路电流超过电缆承载能力而出现电缆失效的情况，也为存在类似并联分流电路的城轨车辆提供一种电缆选型的理论计算方法。

关键词：轨道车辆；电流分析；电缆选型

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

城市軌道交通车辆通常会存在一些并联分流的电路，我们习惯于不同支流选用同一款线型，而往往在实际的电流测试过程中会发现，并联分流的电路里电缆载流情况极不平衡，同一回路中有些电缆的载流超过自身承载能力，有些电缆的载流极小甚至出现负电流情况。当电缆长时间超负荷运行，将造成电缆使用寿命缩短，甚至造成电气安全问题，为保证电缆载流不超过本身能力，因此针对同一回路中不同支路的载流情况进行分析十分必要。

根据各个项目设计的不同，本文拟选取某城轨项目的接地回流电路为例，对并联分流电路里各支路电流情况进行分析，并对电缆选型进行复核验证。

2 项目背景

轨道交通车辆为保证车辆上电力或电子设备能可靠工作，通过轮轨提供一个线路电流的负极回流。在每个动力转向架的每根轴端各设置一个接地装置，将牵引逆变器和辅助逆变器的工作回流在车下接地端子排汇流后通过接地装置连至钢轨，如图1所示。

3 工作电路

转换为实际的工作电路后，某城轨车辆的接地回流电路如图2。接地回流电路为2路牵引箱1500V和1路辅助逆变器1500V在汇流排汇合，通过4路分流（1轴、2轴、3轴、4轴），经过安装在转向架轴端的接地装置回流，最终回到与钢轮接触的钢轨（即大地）。

4 电流分析

电流分析计算基于“并联分流”，计算结果需满足每条电缆通过电流小于其载流能力。

4.1 电路总电流

牵引箱电流主要通过仿真计算得出，依据牵引系统的电路仿真，牵引箱的总电流为400A，分为两路回流，即图2中所示的牵引箱1、牵引箱2。

辅逆箱电流与城轨车辆实际负载相关，依据项目计算可得出辅助系统总电流为106A，通过1条电路回流，即图2中所示的辅逆箱。

电路总电流=牵引箱总电流+辅逆箱总电流

Ia=400+106=506A

4.2 布线工程设计

由图2所示，Ia经过汇流排汇总后分成4条电路回到钢轨，分别定义为①②③④。

图3 电路分流

在实际布线的施工中，车辆电缆被划分为整车电缆和转向架电缆。整车电缆为在车体底架线槽内敷设的电缆，从汇流排到转向架，转向架电缆为接地装置上车电缆。两段电缆之间通过接线端子短接，布线施工示意见图4。

4.3 电路阻抗

电路阻抗包含连接端子的接触阻抗、电缆阻抗、接地装置阻抗。

●接触阻抗

整条电路分别经过汇流排接线端子、转向架电缆与整车电缆的连接端子、接地电阻的接线端子，连接端子的阻抗为0.12mΩ/PC，综合后，接触阻抗见下表。

●接地装置阻抗

接地电阻的技术规格书中明确其阻值≤5mΩ。

●电缆阻抗

通过查询本项目电缆技术规格书，电缆载流能力、电缆阻抗值详见下图。

首先预设本项目使用电缆为50mm2。其次根据布线施工设计，分别得出①②③④的电缆敷设长度如下。

●总阻抗

通过上述核算出的接触阻抗、接地装置阻抗、电缆阻抗，求和计算各分流电路阻抗总值。该项目各分流电路阻抗总值如下。

4.4 电路电流

并联电路中，每条电路的电缆相等，负荷分流取决于电路阻抗。

U=U1=U2=U3=U4=IaRL。

RL=11R1+1R2+1R3+1R4=2.2mΩ

根据电压相等原则，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 电缆载流核算

根据EN50343的要求，考虑电缆在实际使用中的校正系数k1，k2，k3，k4，k5，计算电缆载流容量Icorr=Icable×k1×k2×k3×k4×k5。

本项目最开始预设电缆为50mm2，从图4中得出Icable为240A，经过修正系数计算后，电缆的实际载流能力Icorr=175.2A。均大于4.4中估算出的①、②、③、④电路的电流，因此选型50mm2电缆满足要求。

结语

本文仅根据轨道交通车辆某项目并联电路的电流分布展开的粗略分析。总体来讲，我们应该结合车辆实际的布线施工情况，具体分析各支路电流分布，根据标准认真核算每条电缆的载流量，使得我们的设计选型能够满足要求，避免出现电缆超载情况，这样我们的车辆才能更加安全、可靠。

参考文献：

［1］EN 503432014铁路应用—机车车辆—布线规则［S］.

［2］罗楚军，冯玉雷，李健，等.并联电缆负载容量利用率分析［J］.电力科学与技术学报，2021（1）：128136.

［3］苗彦英.城市轨道交通［M］.北京：北京科技出版社，1994.

作者简介：刘明玉（1987— ），女，本科，工程师，从事轨道交通车辆布线设计工作。