應(yīng)急電源熔斷器故障原因分析論文

Word第第頁應(yīng)急電源熔斷器故障原因分析論文【關(guān)鍵詞】幫助變流器；應(yīng)急啟動(dòng)電路；熔斷器

沖擊電流城市軌道交通系統(tǒng)的牽引網(wǎng)是特地給電動(dòng)車輛供應(yīng)電源而沿線路鋪設(shè)的裝置，它由正極接觸網(wǎng)供電，負(fù)極走形回流軌兩部分組成。根據(jù)IEC和我國規(guī)程規(guī)定，目前我國地下通道的牽引網(wǎng)普遍采納兩種，一種是DC750V接觸軌受電，標(biāo)稱電壓為直流750V，允許電壓波動(dòng)范圍為500~900V，如昆明地鐵1號(hào)線。另一種是DC1500V架空接觸網(wǎng)受電，標(biāo)稱電壓為直流1500V，允許電壓波動(dòng)范圍為1000~1800V，如深圳地鐵11號(hào)線。某地鐵工程采納DC1500V的供電制式，架空接觸網(wǎng)受流的方式，裝置的幫助變流器在應(yīng)用過程中，加載在應(yīng)急電源模塊輸入端的熔斷器消失了多次燒損故障，給地鐵的應(yīng)用與檢修帶來了肯定壓力。通過排查，只有在檢修時(shí)才能發(fā)覺熔斷器的故障，并且熔斷器并不是在幫助變流器輸入電路真實(shí)短路狀況下消失的開路，因此不會(huì)給列車的運(yùn)營帶來平安方面的問題，但對(duì)產(chǎn)品的牢靠性、穩(wěn)定性方面存在較大的影響。本文主要說明白地鐵幫助變流器的工作原理、應(yīng)急啟動(dòng)電路以及熔斷器設(shè)置緣由、對(duì)熔斷器的故障緣由進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)解決方法，為后續(xù)地鐵幫助變流器熔斷器設(shè)置方面的設(shè)計(jì)選型供應(yīng)相應(yīng)思路。

1幫助變流器工作原理

幫助變流器采納典型的DC-AC主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將接觸網(wǎng)供應(yīng)的DC1500V電源先經(jīng)過充電電路實(shí)現(xiàn)支撐電容的預(yù)充電，待支撐電容電壓充到肯定值后再閉合短接接觸器，再經(jīng)過IGBT三相逆變、三相變壓器隔離濾波后，輸出三相四線制溝通正弦波電壓給列車三相負(fù)載供電，同時(shí)三相正弦溝通電壓又給柜內(nèi)的充電機(jī)裝置供電，為列車的DC110V蓄電池充電以及DC110V干線負(fù)載供電，其主電路原理如圖1所示。其中R1為充電電阻、KM1短接接觸器、KM2充電接觸器、L為平波電感、C為支撐電容、V1~V6為三相逆變模塊的IGBT、TR為/Y隔離變壓器、ACC為三相溝通濾波電容、U/V/W/N為三相四線制輸出電壓、110+/110-為充電機(jī)輸出DC110V電壓。

2熔斷器設(shè)置原理

2.1熔斷器特性

熔斷器內(nèi)部結(jié)構(gòu)布置一般由純銀熔體和石英砂填料組成，其中純銀熔體為99.99%的純銀，石英砂的純度應(yīng)采納97%以上的成分，并帶接近圓形顆粒的海沙。為一種愛護(hù)電路及實(shí)現(xiàn)設(shè)備平安運(yùn)行的愛護(hù)器件，其工作原理是當(dāng)被愛護(hù)電路的電流超過規(guī)定值并維持肯定時(shí)間后，熔斷器熔斷實(shí)現(xiàn)電路的中斷，從而起到愛護(hù)作用。熔斷器對(duì)需要愛護(hù)的電路有著特別重要的作用，當(dāng)熔斷器需要熔斷時(shí)而未熔斷，電路中的電流不能別切斷，被愛護(hù)電路可能會(huì)由于過大的電流流過而損壞電路相應(yīng)器件；另外當(dāng)熔斷器流過的電流非短路電流時(shí)，熔斷器發(fā)生了熔斷，使得被愛護(hù)電路的不能正常工作，影響了設(shè)備的使用。

2.2熔斷器的設(shè)置

一般狀況下，地鐵幫助變流器的DC110V掌握電源由列車蓄電池進(jìn)行供電，一旦列車進(jìn)行庫檢、月檢等相關(guān)維護(hù)保養(yǎng)時(shí)，可能造成DC110V蓄電池饋電，只能通過外接DC110V充電機(jī)給整列車的蓄電池充電，蓄電池電壓到達(dá)肯定值并滿意整車掌握電源的需要時(shí)，斷開外接的DC110V充電機(jī)，直接啟動(dòng)幫助變流器實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的充電。對(duì)于消失了蓄電池饋電，地鐵運(yùn)營公司不但增加了相關(guān)設(shè)備本錢，并且維護(hù)存在特別的不便。為了解決上述問題，幫助變流器設(shè)計(jì)中增加了應(yīng)急啟動(dòng)電路，在存在蓄電池供電的狀況下，應(yīng)急電源模塊工作在空載模式，即不給柜內(nèi)的掌握機(jī)箱供電。在蓄電池不能正常的狀況下，即在列車蓄電池嚴(yán)峻饋電〔列車的110V蓄電池不能給整列車供應(yīng)滿意要求的掌握電源〕的狀況下，通過啟動(dòng)幫助變流器柜內(nèi)的應(yīng)急電源，給幫助變流器的掌握機(jī)箱供應(yīng)DC110V電源。當(dāng)列車存在DC1500V的高壓，同時(shí)幫助變流器的掌握電壓正常的狀況下，會(huì)馬上啟動(dòng)幫助變流器，幫助變流器正常工作后，安裝在柜內(nèi)的DC110V充電機(jī)即能正常工作，對(duì)蓄電池進(jìn)行充電同時(shí)給DC110V干線供應(yīng)穩(wěn)定的DC110V電源，實(shí)現(xiàn)列車的正常運(yùn)行。應(yīng)急電源模塊的標(biāo)稱輸入電壓為DC1500V，內(nèi)部采納DC/DC變換實(shí)現(xiàn)DC110V的輸出，當(dāng)應(yīng)急電源模塊內(nèi)部消失短路或器件損壞時(shí)，可能將直流干線DC1500V短路，造成直流干線不能正常供應(yīng)DC1500V電源，產(chǎn)生整個(gè)線路上列車不能正常運(yùn)行的嚴(yán)峻后果。為了規(guī)避該問題，需要在應(yīng)急電源模塊的前端設(shè)置了熔斷器，當(dāng)應(yīng)急電源模塊內(nèi)部消失短路的嚴(yán)峻故障時(shí)，通過熔斷器的斷開到達(dá)愛護(hù)主電路的功能，增加熔斷器的`主電路如圖2所示。其中FU為直流熔斷器，其他的說明與圖1全都。

3熔斷器燒損緣由分析

2023年4月11日，深圳地鐵11號(hào)11071車在做庫內(nèi)試驗(yàn)時(shí)無法緊急啟動(dòng)，經(jīng)株機(jī)查線正常后，下車測量我司充電機(jī)箱體應(yīng)急啟動(dòng)熔斷器發(fā)覺不導(dǎo)通，進(jìn)一步分析發(fā)覺充電機(jī)緊急啟動(dòng)電源模塊故障，隨即更換。列車在進(jìn)行應(yīng)急電壓工作模式的試驗(yàn)時(shí)，幫助變流器不能正常應(yīng)急啟動(dòng)，將電源模塊和熔斷器更換后，幫助變流器的應(yīng)急功能才能發(fā)揮應(yīng)有的作用。3.1應(yīng)急電源模塊分析通過對(duì)幫助變流器柜內(nèi)掌握電壓的功率需求進(jìn)行分析，應(yīng)急啟動(dòng)電源功率600W，正常工作時(shí)流過熔斷器的電流1A，同時(shí)裝載國際知名品牌Bussman、額定電流10A的熔斷器，其熔斷曲線如圖3所示。由于正常流出熔斷器的電流不到1A，因此10A熔斷器滿意系統(tǒng)要求。在試驗(yàn)室對(duì)應(yīng)急電源模塊進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，測試發(fā)覺熔斷器的首次上電沖擊電流為43.4A，測試波形見圖4，核對(duì)熔斷曲線，在理論上該沖擊電流也缺乏以造成熔斷器燒損。測試發(fā)覺應(yīng)急電源模塊在得電初期存在較大的沖擊電流，分析廠家給的應(yīng)急電源模塊的相應(yīng)電路，發(fā)覺其輸入端無限流電阻，只有并聯(lián)電容，詳細(xì)的主電路見圖5，其中圖5中的C表示濾波電容。當(dāng)DC1500突然加在應(yīng)急電壓模塊上時(shí)，相當(dāng)于將DC1500V電源直接加載在電容兩端，未設(shè)置限流電阻的狀況下，其沖擊電流較大，當(dāng)電容的電壓建立后，幾乎無沖擊電流的產(chǎn)生。因此列車在每天首次正線運(yùn)行上高壓時(shí)，即存在一次電流沖擊，反復(fù)多次可能造成熔斷器斷開故障。3.2應(yīng)用線路分析單端供電方式下，當(dāng)車輛過無電區(qū)時(shí)，車輛按照慣性行走，不從受電網(wǎng)進(jìn)行取電；當(dāng)車輛通過了無電區(qū)，重新在電網(wǎng)取電時(shí)會(huì)存在一個(gè)電流沖擊。熔斷器的壽命深受周期的循環(huán)改變負(fù)載的影響，在使用過程中，應(yīng)急啟動(dòng)電源周期性啟動(dòng)停止，供電線路網(wǎng)壓突變或者合接觸網(wǎng)的瞬間du/dt很大，引起流過熔斷器電流增大，致使熔斷器周期性承受大尖峰電流，不斷地冷卻和加熱熔斷器體，造成熔斷器的熱脹冷縮發(fā)生，另外熔斷器的壽命與沖擊電流的I2t有關(guān)，隨著沖擊能量和次數(shù)的增加，熔斷器將漸漸老化，造成熔斷器的斷開故障。

4解決方法

通過上述的分析，可以從列車運(yùn)行線路電壓、應(yīng)急電源模塊的接口電路兩方面進(jìn)行優(yōu)化，抑制熔斷器的沖擊電流。詳細(xì)方案如下：方案1：采納更大容量的熔斷器，保證在線路波動(dòng)、上電初期的沖擊電流缺乏以導(dǎo)致熔斷器的燒損，同時(shí)要求大容量的熔斷器在應(yīng)急電源模塊發(fā)生真正短路的狀況下，能夠穩(wěn)定、牢靠的分?jǐn)?，到達(dá)愛護(hù)電源的功能。方案2：針對(duì)應(yīng)急電源模塊的輸入回路只有電容無限流電阻的狀況，在應(yīng)急電源模塊內(nèi)的輸入回路中增加限流電阻，降低輸入沖擊電流從而削減I2t，提高熔斷器的使用壽命。通過對(duì)以上兩個(gè)方案進(jìn)行對(duì)比，方案1實(shí)施簡潔，直接更換相同物理規(guī)格而額定電流更大的熔斷器，而方案2需要將應(yīng)急電源模塊進(jìn)行批量召回并改造，為了適應(yīng)現(xiàn)場應(yīng)用，最終制定了2個(gè)同時(shí)實(shí)施的措施，