動車組空調(diào)系統(tǒng)變壓器原邊保險(xiǎn)絲熔斷分析

文/李龍杰 陳鈞潤 宋偉雅

0 引言

電流保險(xiǎn)絲是電器發(fā)生故障時(shí)保護(hù)電氣裝置安全的熔斷體，其容量選擇至關(guān)重要。保險(xiǎn)絲容量如果過大，電器發(fā)生嚴(yán)重過載或短路時(shí)而不熔斷，會燒毀電器；保險(xiǎn)絲容量如果過小，用電器未達(dá)到額定功率，保險(xiǎn)絲就熔斷了，會影響電氣裝置的正常運(yùn)行。只有選擇得當(dāng)，才能使電氣裝置安全可靠正常地運(yùn)行。在動車組系統(tǒng)上，保險(xiǎn)絲的容量選擇更為重要，當(dāng)電器發(fā)生故障或異常時(shí)，如果保險(xiǎn)絲容量選擇不對，沒有及時(shí)熔斷，伴隨著電流不斷升高，升高的電流有可能損壞電路中的某些重要器件，也有可能燒毀電路甚至造成火災(zāi)，影響列車行駛安全。

1 問題概述

某動車組空調(diào)系統(tǒng)在線上運(yùn)行時(shí)，因出現(xiàn)變壓器損壞的現(xiàn)象，經(jīng)討論并驗(yàn)證后提出在變壓器原邊和副邊增加保險(xiǎn)絲的整改方案，整改完成后，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過程中偶爾會發(fā)生變壓器原邊熔斷絲熔斷導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)不制冷。而熔斷絲熔斷分為兩種情況，一是玻璃管透明，多由非電路故障引起，通常是瞬間大電流沖擊造成；另一種情況是玻璃管內(nèi)壁附著黑色金屬粉末或顆粒，表明電路存在嚴(yán)重的短路故障?，F(xiàn)場熔斷絲熔斷后玻璃管透明，因此判定為瞬間大電流沖擊造成。針對這一問題，在該型號動車不同車輛上進(jìn)行試驗(yàn)，對車上電源及用電設(shè)備進(jìn)行一系列的監(jiān)控和分析，以找到真正原因、解決問題，從而完善整改方案。

2 空調(diào)系統(tǒng)變壓器輸入及輸出端電壓/電流監(jiān)控

在變壓器工作過程中，輸入/輸出電流、電壓產(chǎn)生跳變主要發(fā)生在三個階段：受電弓升（供電）；變壓器輸出端負(fù)載變化；受電弓降（斷電）。試驗(yàn)在惠州動車所和佛山動車所進(jìn)行了具體測試。

2.1 惠州動車所測試

在惠州動車所測試了該型號動車組04 車，測試空調(diào)變壓器輸入電流/電壓（見圖1）。

圖1 惠州動車所04車空調(diào)變壓器原邊電壓、電流測試波形

（1）接通VCB，變壓器輸入端電壓約為404V，電流約為0.121A。

（2）空調(diào)全冷工況下，空調(diào)正常啟動，變壓器上的四個液管閥依次開啟動，變壓器原邊電壓約為404V，電流最大約為0.3A。

（3）斷開VCB，空調(diào)變壓器原邊電流最大約為0.3A，電流峰峰值達(dá)到了1.98A，波動時(shí)間約4s。

根據(jù)上述測試結(jié)果分析，接通VCB 時(shí)，變壓器輸入電壓、電流平穩(wěn)正常，電流小于0.5A；空調(diào)系統(tǒng)全冷時(shí)，負(fù)載變化時(shí)變壓器輸入電壓、電流正常，電流小于0.5A；斷開VCB 時(shí)，變壓器輸入電流峰值達(dá)0.99A，波動時(shí)間4s左右。從圖2來看，熔斷時(shí)間小于 3s。所以，在這種情況下，選擇0.5A保險(xiǎn)絲會存在該熔斷絲熔斷的可能性。

圖2 保險(xiǎn)絲熔斷曲線

隨后，經(jīng)現(xiàn)場對該動車組05車測試，對其控制柜變壓器進(jìn)行VCB 斷開，控制柜保險(xiǎn)絲熔斷，驗(yàn)證了該分析的正確性。

2.2 佛山動車所測試

在佛山動車所測試該型號動車組03車、04車，測試空調(diào)變壓器輸入輸出電流電壓。

2.2.1 03車測試波形

（1）空調(diào)全冷工況，03 車空調(diào)正常起機(jī)，變壓器原邊副邊電壓、電流值見表1。

表1 佛山動車所03車全冷工況電壓電流

（2）斷開VCB，03 車空調(diào)變壓器原邊、副邊電壓、電流值見表2，測試波形見圖3。

表2 佛山動車所03車斷開VCB電壓電流

圖3 佛山動車所03車斷開VCB電壓、電流測試波形

2.2.2 04 車測試波形

（1）空調(diào)全冷工況下，04車空調(diào)正常起機(jī)工作，變壓器原邊副邊電壓、電流值見表3。

表3 佛山動車所04車全冷工況電壓電流

（2）斷開VCB后，04 車空調(diào)變壓器原邊、副邊電壓、電流值見表4，測試波形見圖4。

圖4 佛山動車所04車斷開VCB電壓、電流測試波形

表4 佛山動車所04車斷開VCB電壓電流

●空調(diào)壓縮機(jī)正常工作時(shí)，變壓器輸入電流均在0.5A 以下（03車為0.29A、04車為0.21A）。

● 斷開VCB 時(shí)，變壓器輸入電流會突然增大，超過0.5A（03車電流為0.72A，持續(xù)時(shí)間2s左右），說明斷開VCB 后0.5A的保險(xiǎn)絲有熔斷的可能。

3 原邊保險(xiǎn)絲選擇及驗(yàn)證

綜上，選擇保險(xiǎn)絲的原則是：

（1） 應(yīng)能有效避開VCB 斷開時(shí)的電流沖擊；

（2）應(yīng)該在次級線圈短路時(shí)原邊保險(xiǎn)絲瞬斷，從而有效保護(hù)變壓器，故需測試或計(jì)算出沖擊電流大小及時(shí)間、短路電流大小。其中，沖擊電流由圖1可知，最大峰值為0.99A ，波動時(shí)間約為4s；短路電流，將次級線圈短路，原邊接在電源上，用示波器作短時(shí)監(jiān)控即可測出，有效值為2.87A，曲線如圖5所示。

圖5 次級線圈短路電流

經(jīng)以上分析，并參考如圖5所示的保險(xiǎn)絲熔斷曲線，該動車空調(diào)系統(tǒng)變壓器原邊保險(xiǎn)絲容量選擇1A，其在1A~2A 的范圍內(nèi)熔斷時(shí)間大于300s，在接近3A 的情況下小于1s。為驗(yàn)證結(jié)論的準(zhǔn)確性，先將保險(xiǎn)絲放于電流回路中，調(diào)整電流在1A~2A 之間，實(shí)測電流為2A，通電時(shí)間為60s，保險(xiǎn)絲并未熔斷；再將保險(xiǎn)絲置于變壓器原邊電路，次級邊短路，給變壓器通電，原邊保險(xiǎn)絲瞬斷，并反復(fù)驗(yàn)證3次，3 次都瞬斷。由于保險(xiǎn)絲瞬斷，示波器無法捕捉其波形，但實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性足以證明將原邊保險(xiǎn)絲換成1A的可行性。

4 次級端0.125A 保險(xiǎn)絲驗(yàn)證

由于次級端電流較小，根據(jù)計(jì)算及以上測得的波形可得知，次級端共4個電磁閥線圈負(fù)載，每個負(fù)載最大電流約為0.06A，目前適合這種負(fù)載的只有0.125A保險(xiǎn)絲。電磁閥正常的情況下長時(shí)運(yùn)行，無熔斷現(xiàn)象，因此只需驗(yàn)證在負(fù)載異常的情況下0.125A保險(xiǎn)絲能有效保護(hù)變壓器。以空調(diào)系統(tǒng)上的故障電磁閥線圈作為負(fù)載，給變壓器通電，0.125A 保險(xiǎn)絲瞬斷；每路反復(fù)驗(yàn)證3 次，共發(fā)生12次瞬斷。由于保險(xiǎn)絲瞬斷，示波器無法捕捉其波形，但實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性足以證明次級端0.125A 保險(xiǎn)絲能對變壓器進(jìn)行有效保護(hù)，且在正常工作時(shí)不發(fā)生熔斷。

5 結(jié)束語

本文著重從實(shí)際試驗(yàn)中監(jiān)測動車空調(diào)系統(tǒng)在不同狀態(tài)下的電壓/電流值，來確定保險(xiǎn)絲的選型。選擇保險(xiǎn)絲的型號時(shí)，保險(xiǎn)絲的熔體額定電流不但要大于被保護(hù)電路的實(shí)際工作電流，還應(yīng)考慮被保護(hù)設(shè)備在不同狀態(tài)下產(chǎn)生的尖峰電流，只有滿足這一選型原則，才能夠確保當(dāng)電路出現(xiàn)正常尖峰電流時(shí)保險(xiǎn)絲不會產(chǎn)生熔斷反應(yīng)，保證空調(diào)的正常使用和起到應(yīng)有的保護(hù)作用，保證列車的行駛安全。