城軌車輛跨車高壓連接器載流分析及選型計(jì)算

王超 宋德釗 趙小軍

摘 要：本文以城軌地鐵車輛為基礎(chǔ)，對(duì)跨車高壓連接器的載流進(jìn)行系統(tǒng)分析，并以洛陽(yáng)市軌道交通2號(hào)線一期工程車輛為例對(duì)各路跨車高壓連接器進(jìn)行載流計(jì)算，最終選出安全可靠的連接器。

關(guān)鍵詞：城軌車輛;載流分析;跨車高壓連接器;接觸體

1 概述

跨車連接器用于車輛間的電氣連接，是保障列車安全運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵零部件。城軌車輛跨車高壓回路一般分為1 500 V＼750 V主電路、380 V主電路以及110 V主電路，因此需分別對(duì)對(duì)應(yīng)的3種跨車連接器進(jìn)行選型計(jì)算。

本文基于洛陽(yáng)市軌道交通2號(hào)線一期工程車輛布線技術(shù)方案為例，對(duì)城軌車輛中的各車高壓連接器選型計(jì)算進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2 城軌車輛跨車連接器布置方案及選型依據(jù)

2.1 列車編組圖及高壓連接器布置

洛陽(yáng)市軌道交通2號(hào)線一期工程車輛列車編組形式為：=Tc-Mp-M-M-Mp-Tc，如圖1所示，其中=為全自動(dòng)車鉤，-為半永久牽引桿，Tc車為拖車，Mp、M車為動(dòng)車;車輛運(yùn)行環(huán)境﹣20°～﹢45°。

各車高壓連接器布置從車鉤往車輛外側(cè)看，依次為列車110 V直流母線連接器、380 V母線連接器、1 500 V高壓母線連接器。

2.2 連接器選型依據(jù)

連接器由外殼、絕緣體、接觸體三大部分組成，根據(jù)應(yīng)用情況，還會(huì)選擇一些附件如：螺栓適配器、三角板、把手板等。

2.2.1 外殼選型

目前株機(jī)公司城軌車輛用高壓連接器主流為矩形，矩形外殼常用的規(guī)格為24#、32#，常用外殼參數(shù)如表1所示：

2.2.2 絕緣體及接觸體選型

絕緣體的型號(hào)根據(jù)接觸體的型號(hào)確定。

接觸體的選型為連接器選型的關(guān)鍵，其型號(hào)根據(jù)以下要素確定：

（1）合同規(guī)定的車輛運(yùn)行環(huán)境溫度;

（2）線路額定電流;

（3）具體廠家的接觸體載流曲線。

連接器接觸體選型原則：在合同規(guī)定的最高溫度下，連接器接觸體載流容量大于線路的額定電流。

連接器接觸體選型建議為：

（1）線纜規(guī)格在25 mm2及以下時(shí)接觸體及絕緣體選用200 A或100 A系列;當(dāng)線纜規(guī)格在35 mm2～120 mm2時(shí)接觸體及絕緣體均采用350 A系列;在使用350 A系列接觸體及絕緣體時(shí)，如單根線纜承載的額定電流不超過(guò)140 A，可使用35 mm2電纜與之連接;單根線纜承載的額定電流在140 A～160 A，建議使用50 mm2電纜與之連接;單根線纜承載的額定電流在200 A～240 A，建議使用70 mm2電纜與之連接;單根線纜承載的額定電流在240 A～280 A，建議使用95 mm2電纜與之連接;單根線纜承載的額定電流在280 A～320 A，建議使用120 mm2電纜與之連接;在單根線纜承載的額定電流超過(guò)320 A時(shí)，建議接觸體及絕緣體選用650 A系列;

（2）對(duì)于200 A及以上系列接觸體選型建議留不低于20 A的余量。

3 各車高壓連接器的載流分析

3.1 110 V回路母線連接器載流分析

整列車正常負(fù)載功率：18.5 kW ;

Tc車直流負(fù)載功率：4.3 kW;

Mp車直流負(fù)載功率：2.48 kW;

M車直流負(fù)載功率：2.48 kW;

洛陽(yáng)2號(hào)線項(xiàng)目配置兩臺(tái)充電機(jī)給直流負(fù)載供電，正常工況下，本單元的110 V負(fù)載由本單元的充電機(jī)供電。當(dāng)一個(gè)充電機(jī)故障，由另一個(gè)充電機(jī)給整列車的直流負(fù)載進(jìn)行供電，此種工況流經(jīng)車端連接器的電流最大，下述考慮一個(gè)充電機(jī)故障工況下車端連接器電流：

3.2 380 V母線連接器載流分析

洛陽(yáng)2號(hào)線項(xiàng)目380 V配置兩臺(tái)輔助逆變器，采用擴(kuò)展供電方式，正常工況本單元輔助逆變器直接給本單元的各車交流負(fù)載供電，當(dāng)一臺(tái)輔助逆變器故障時(shí)，由另一臺(tái)輔助逆變器給整車所有交流負(fù)載供電，經(jīng)過(guò)計(jì)算對(duì)比，故障工況下流經(jīng)跨車連接器的電流更大，下述按一臺(tái)輔逆故障工況分析車端連接器電流，表2為一臺(tái)輔逆故障工況下各車負(fù)載功率：

3.3 1 500 V母線連接器載流分析

（1）Tc-Mp車高壓連接器用于Tc車輔助逆變器正極輸入車端打斷;根據(jù)供應(yīng)商提供的電纜電流計(jì)算說(shuō)明文件，輔助逆變器輸出功率P=220 kVA，功率因數(shù)0.9;Tc-Mp車連接器負(fù)載電流Iload=220×1 000/1 500/0.9=163 A， 實(shí)際運(yùn)行中，輔助逆變器的輸出功率小于其額定功率。

（2）Mp-M車高壓連接器用于M車牽引逆變器輸入和輔助母線車端打斷;根據(jù)供應(yīng)商提供的電纜電流計(jì)算說(shuō)明文件，M車牽引逆變器負(fù)載電流由實(shí)際線路仿真計(jì)算得出，其值為Iload=400 A（載荷：AW2），兩根承載，單根回路電流值200 A。跨車連接器牽引輸入單根負(fù)載電流值200 A，輔助母線負(fù)載電流163 A。

（3）M-M車高壓連接器用于輔助母線車端打斷，其負(fù)載電流值為163 A。

4 連接器選型計(jì)算

EN50343標(biāo)準(zhǔn)提供了90度最大導(dǎo)線工作溫度下標(biāo)準(zhǔn)壁厚電纜的載流量，部分示例如下：

根據(jù)對(duì)洛陽(yáng)2項(xiàng)目的高壓連接器載流分析及20 A的安全余量，110 V母線連接器、380 V連接器、1 500 V連接器的最大負(fù)載電流分別為129 A、228.5 A、200 A，根據(jù)表3跨接電纜截面積應(yīng)介于35 mm2～120 mm2，根據(jù)本文2.2.2規(guī)定可選擇350 A的接觸體及絕緣體即可滿足要求。圖2為本項(xiàng)目連接器廠家提供的350 A系列絕接觸體載流曲線。

按照45°工作環(huán)境，依據(jù)350 A絕緣體載流曲線，連接器導(dǎo)體載流容量大于線路額定電流原則，最終高壓連接器的插頭插座接觸體選型如表4所示：

5 結(jié)束語(yǔ)

在進(jìn)行跨車高壓連接器選型計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮到列車的各種運(yùn)行工況，保證最惡劣的工況下連接器接觸體載流容量大于線路的額定電流，本文以洛陽(yáng)2項(xiàng)目為例對(duì)跨車高壓連接器的載流工況及選型依據(jù)作了較為全面闡述，為后續(xù)其他項(xiàng)目連接器選型提供了一個(gè)很好的借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]王劍平.電纜截面核算在電纜選型中的應(yīng)用介紹[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2014，21（5）：83-84+86.

[2] EN50343-2014，鐵路應(yīng)用-機(jī)車車輛布線規(guī)則[S].