苏州地铁3号线列车空调供电断路器脱扣故障分析

林有兵

摘要：本文从苏州地铁 3號线列车空调供电断路器的相关参数入手，通过分析断路器安装的环境温度、安装时排布数量等因素对断路器脱扣电流的降容影响，找出断路器频繁脱扣的故障原因，并提出有效的解决措施。

关键词：列车 空调供电断路器 脱扣 降容 故障分析

1概述

苏州地铁 3号线列车采用 B2型车，6节编组。为保证乘客舒适度，每节车厢上安装有 2台空调机组，通过空调机组制冷、通风等工况为乘客提供新鲜舒适的空气。每台空调机组采用独立的 AC380V交流供电，并配有单独的供电断路器（ACIVCB，安装于车底低压箱内），该供电断路器是空调供电系统中的重要组成部分，不仅可以正常接通与分断空调机组的负荷电流，还可以自动脱扣分断过载电流和短路电流，在电路中发挥保护功能，为空调机组设备提供保护。该断路器使用的是 ABB厂家的 S203-K50三极交流断路器。

2019年，3号线列车在调试期间发生多起空调显红故障，通常为空调机组在制冷工况下工作几分钟后突然故障，开启紧急通风功能。后经检查发现为空调机组的供电断路器非正常脱扣导致，且发生的时间主要是在夏季高温时期。本文通过对该断路器脱扣原因的分析，提出切实可行的解决方案。

2供电断路器脱扣原因分析

空调供电断路器主要用于在空调机组或机组供电线路出现过载或短路时，断路器可及时脱扣从而起到对设备的保护作用。断路器脱扣的主要原因有：

1、空调机组或机组供电线路出现过载或短路  2、断路器本身存在故障  3、断路器选型不合理，即空调机组启动时瞬间或正常工作时输入电流达到断路器脱扣电流且时间超过断路器脱扣的允许时间。

针对上述原因，维修人员在发生故障后对空调机组设备及供电线路进行检查，未发现有异常现象，设备绝缘及耐压均正常 因多列车不同机组发生同样断路器脱扣故障且在检查断路器时未发现断路器存在故障现象，故排除 1、2的可能性。

3断路器参数分析

苏州地铁 3号线列车空调机组供电所使用的 S203-K50断路器，其额定电流为 50A，脱扣特性为 K特性。断路器在使用时，环境温度、安装时排布数量、海拔高度、电源频率等因素均会对断路器脱扣电流产生影响。该断路器在工作时，海拔高度（低于 2000 m）及电源频率（50HZ）均为基准值，可不考虑影响，故影响脱扣电流的因素为环境温度及安装时排布数量。

1）断路器额定电流因环境温度的降容计算

断路器在不同的环境温度下所承载的电流是不同的，不同脱扣特性的基准环境温度也有所不同， K/Z脱扣特性断路器在不同环境温度下的载流能力如下图所示：

3号线电客车空调供电断路器在高温季节正常工作时环境温度约为 40度，型号为 S203-K50的断路器额定电流被修正后的数值为 43.3A。

2）断路器额定电流因排布条件的降容计算

当多台断路器并排紧靠在一起运行时，散热条件变差了，又加之断路器间的相互热传导和热幅射，因此断路器应降容使用。苏州 3号线空调供电断路器安装位置如下图所示：

该断路器安装于列车低压箱内，根据断路器的现场安装排布情况可知，与空调供电断路器并排安装的断路器共有 8个，即修正系数为 0.77（如下图所示）。结合断路器因环境温度的降容计算，型号为 S203-K50的断路器额定电流被修正后的数值为43.3A伊0.77=33.341A。

即该空调断路器在安装使用后经环境温度、安装时排布数量、海拔高度、电源频率等因素降容后额定电流为 33.341A。

4空调机组电流分析

根据空调供应商提供设计数据及该项目的型式试验报告，空调机组启动时启动最大冲击电流为 115A，持续时间为 100ms。在最大负荷制冷工况下空调输入侧三相交流电输入电流值为38.2A。

5对比分析

1）空调机组启动时启动最大冲击电流为 115A，启动电流约为供电断路器降容后额定电流的 3.45倍。查看 K特性断路器脱扣曲线可知，当通过电流为额定电流 3.45倍时，断路器进入脱扣区的最短时间约为 6S，而启动最大冲击电流持续时间为 100ms，达不到断路器脱扣的持续时间，即启动过程中不会导致断路器脱扣。

2）空调机组在最大负荷制冷工作时输入电流为 38.2A，约为供电断路器降容后额定电流的 1.15倍。查看 K特性断路器脱扣曲线可知，该情况下断路器进入脱扣区的最短时间约为 4分钟。即在空调机组制冷工况下工作 4分钟后该供电断路器便可能会出现脱扣现象，这符合现场的故障情况。

6结论及对策方案

如上分析，3号线列车空调供电断路器频繁脱扣原因为选型问题（断路器本身额定电流过小），在制冷工况下工作时间过长将存在过载脱扣的情况。根据 ABB产品型号选择，将该断路器型号更换为额定电流为 63A，脱扣特性为 C或 D特性的同品牌同系列断路器。经过计算，该断路器经温度及排布降容后额定电流为45.738A（温度降容后为 59.4A，排布降容系数仍为 0.77）。根据 C或 D脱扣特性，该断路器电流值即可满足空调启动时的瞬间电流，亦可满足正常工作时的电流。 3号线电客车在后期运营过程中，未发生过相同故障。

参考文献：

[1] ABB终端配电保护产品（S200系列）05 2012.

（作者单位 ：苏州市轨道交通集团有限公司运营一分公司）