轨道车辆变频空调机组漏电保护研究

轨道车辆变频空调机组漏电保护研究

江权

中铁通轨道运营有限公司  浙江温州  325000

摘要：目前，我国的轨道交通工程建设越来越多，轨道车辆也在不断增加。本文首先对空调系统简介，其次探讨轨道车辆变频空调机组漏电保护措施。此成果不仅为轨道交通通风空调节能设计提供理论与实践指导，也对城市交通系统可持续发展提供重要启示。

关键词：轨道车辆；变频空调；漏电保护开关

引言

随着社会经济的发展，城市规模不断扩大，城市轨道交通已逐渐成为解决公共交通问题的主要手段，为乘客出行提供安全、舒适、畅通运营服务的同时，对车辆节能、环保、可维护性方面的要求也越来越高。与此同时，轨道车辆装备竞争日趋激烈，降本提效节能减重需求日趋精细化。

1空调系统简介

地铁车辆空调机组采用并联压缩机方案，压缩机两两并联，采用两端送风两端回风型式，通过天花板上方静压风道系统送风。空调通风系统通过天花板上方的风道送风，并通过沿车厢纵向布置的送风格栅将空调处理过的冷空气送到客室各处。司机室通风单元安装在司机室天花板上，端部通过两个圆管接头与客室风道相连，空调机组内吹出的经处理的空气经客室风道、两段软风道进入司机室通风单元，经通风机增压后送人司机室内。

2轨道车辆变频空调机组漏电保护措施

2.1车辆故障模式分析

空调系统采用AC380V供电方案中，辅助系统采用扩展供电的方式，当1台辅助逆变器发生故障后，扩展供电箱中的接触器闭合，此时正常工作的辅助逆变器给整车交流负载供电，每节车的2台空调机组压缩机分别以50%的减载模式运行。空调采用DC1500V供电方案中，空调系统的供电与辅助逆变器无直接关系;当一台辅助逆变器发生故障后，空调系统不受影响，维持正常的工作状态。空调系统内部集成DC/DC电源模块，空调系统的电路变得更加复杂，系统故障率提高，当一台空调的电源模块发生故障，该台空调停机保护，其他空调正常工作。空调采用DC670V供电方案中，空调系统的供电由辅助电源系统提供;当1台辅助逆变器发生故障后，考虑整车空调采用交叉供电的方式(每辆车的2台空调机组由不同的辅助逆变器供电)，此时每节车厢中一台空调机组维持正常的工作状态，另外一台空调机组处于紧急通风的状态(由DC110V直流电压驱动紧急通风逆变器供电)。

2.2模拟仿真实验

模拟仿真实验的内容是通过计算机仿真软件，建立轨道交通通风空调系统的数学模型，以评估系统的性能和能耗情况，找出潜在的改进空间，并优化系统设计。在进行模拟仿真实验时，需要考虑各种参数和运行条件，以确保模型的准确性和可靠性。首先，需要确定系统的物理结构和组成部分，包括空调设备、通风装置、供电系统等。其次，根据实际情况和设计要求，设置模型的初始条件和边界条件，如车厢的温度、湿度、气流速度等。最后，通过计算机软件对系统进行数值计算和求解，模拟车厢内各个参数随时间的变化情况。在模拟过程中，还需要考虑各种外界因素的影响，如季节变化、外界温度、人流量等。通过对不同设计方案的模拟仿真实验，可以评估系统的性能表现，如能耗情况、制冷或供暖效果等，并与实际情况进行对比。基于模拟仿真结果，可以找出系统的不足之处和潜在的改进空间，并优化系统设计，以实现轨道交通通风空调系统的节能目标。通过模拟仿真实验的研究，可以为实际系统的设计和运行提供科学依据和参考，为节能设计和运行管理提供技术支持和决策依据。

2.3设备体积及检修方式

从列车故障模式分析，AC380V供电空调经过长期的验证，可靠性较高，但一台辅助系统故障后对整列车空调影响较大;DC1500V高压直进空调作为新兴技术，单个电源模块故障只影响一台空调，对整列车空调的影响较小，如能保障空调系统内部的电源模块具有高可靠性及低故障率，该种供电方式具有较好的推广前景;DC670V供电空调目前应用也较少，一台辅助系统故障后对整列车空调系统的影响也较大。

2.4优化措施

由于AC型电流保护模块是针对基波50Hz进行的设计，将其应用于轨道车辆变频空调机组的输入侧，应用场景与设计场景不一致，导致漏电保护模块频繁误动作，但目前并没有基于轨道车辆变频系统输入侧设计的漏电保护模块。结合轨道车辆变频空调机组的实际情况，通过采取措施使谐波漏电流成分不能进入互感二次侧线圈，则可以将AC型漏电保护模块应用于变频系统输入侧。在漏电保护模块的二次绕组上过滤高频谐波成分和部分低次谐波成分。通过高频电容支路可过滤高频谐波漏电流，因为高频电容对高频谐波阻抗几乎为0；对于低次谐波电流，设计相应的LC谐振滤波器，由于LC谐振滤波器相对于谐振频率的谐波阻抗几乎为0，可以使进入互感二次绕组的低次和高频谐波成分不能进入整流输入端，固有的基波含量几乎不变，当发生工频漏电故障时依然可以跳闸保护。

2.5参数优化

参数优化是轨道交通通风空调系统设计中的关键环节。它可以通过采用优化算法和数值优化方法，针对系统的各个参数进行调整和优化，以达到最佳的节能性能和舒适性要求。在参数优化过程中，需要设定合理的优化目标和约束条件，以确保系统的运行效果和稳定性。优化的参数范围可以涵盖空调设备的运行参数，如温度、湿度、风速等，以及通风系统的执行流程，如换气周期、阀门开启程度等。通过精确的参数调整和优化，可以提高系统的工作效率，降低能耗，减少对环境的影响，并且满足乘客的舒适需求。为了实现参数优化，可以采用各种优化算法，如遗传算法、模拟退火算法、粒子群优化算法等，以及数值优化方法，如数学规划、约束优化等。这些算法和方法有助于在参数空间中搜索和优化最佳解，并找到最优的系统设计参数组合。通过参数优化，轨道交通通风空调系统可以实现更高效的能源利用，从而达到节能减排的目标，并提供更好的乘客体验。

2.6禁限用物质标准比较

现轨道交通车辆相关单位发布的禁限用物质标准,主要有TB/T3139—2021标准、Q/CRRCJ26—2018《轨道交通装备产品禁用和限用物质》,轨道车辆空调材料在各标准中的禁限用物质检验要求。两个标准中的禁用限用物质要求、管控范围、限量要求、测试方法不同,三氯苯、二苯基甲烷二异氰酸酯、滑石、芳香胺等物质在TB/T3139—2021标准中的管控物质、限量要求更加严格,福美双、多溴联苯、硝基联苯、五氯苯酚等物质在Q/CRRCJ26—2018标准中的管控物质更加明确、管控限量要求更加严格。

结语

轨道车辆是一个庞大复杂的电气耦合系统，在变频空调机组的输入端安装漏电保护模块的初衷是为了在工频漏电事故发生时可以保护人员及设备的安全，但是AC型电流保护模块的设计应用场景并不适合变频系统的输入侧。变频系统运行时产生的漏电流会使漏电保护模块频繁跳闸，主要原因是受漏电流中谐波成分的影响。为了减小漏电保护模块误动作跳闸频率，可以通过在漏电保护器件互感二次绕组上设计高频电容支路和低次谐波LC谐振支路，实现AC型漏电保护开关模块在轨道车辆变频空调机组输入侧的安装应用。

参考文献

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