天津地鐵車(chē)輛空調(diào)系統(tǒng)典型故障與整改的分析及對(duì)策

天津市地下鐵道運(yùn)營(yíng)有限公司 趙 剛

天津地鐵2號(hào)線(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)自2012年7月份投入運(yùn)用以來(lái)運(yùn)行狀態(tài)良好，給乘客提供了舒適的車(chē)廂環(huán)境，但從前期的調(diào)試和兩年來(lái)的運(yùn)用檢修來(lái)看，也存在一些常見(jiàn)的故障和機(jī)組結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計(jì)方面的整改，本文將通過(guò)簡(jiǎn)單介紹空調(diào)系統(tǒng)組成，闡述典型整改和故障案例，并提出自己對(duì)空調(diào)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的合理建議，以有效解決空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)用過(guò)程中的常發(fā)故障，降低空調(diào)系統(tǒng)故障率和維護(hù)檢修成本，優(yōu)化、提高車(chē)輛空調(diào)服務(wù)質(zhì)量。

1.空調(diào)系統(tǒng)概述

天津地鐵2號(hào)線(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)主要由KGC29型空調(diào)機(jī)組、CRPC11控制柜、CVU-07司機(jī)室送風(fēng)單元和高效靜壓送風(fēng)風(fēng)道等四部分組成，空調(diào)機(jī)組結(jié)構(gòu)型式采用車(chē)頂單元式，各空調(diào)單元均設(shè)有兩套獨(dú)立的制冷系統(tǒng)，以增加空調(diào)裝置的可靠性。與空調(diào)機(jī)組配套的電氣控制柜安裝在車(chē)廂內(nèi)部，二者通過(guò)電氣連接器（插頭、插座）連接，由車(chē)輛逆變器供電?？照{(diào)機(jī)組的回風(fēng)口設(shè)在機(jī)組的底部中間，送風(fēng)口設(shè)在機(jī)組的底部?jī)蓚?cè)，殼體兩側(cè)設(shè)有新風(fēng)口，新風(fēng)經(jīng)防塵防水進(jìn)風(fēng)裝置和新風(fēng)濾網(wǎng)過(guò)濾后，進(jìn)入機(jī)組與車(chē)廂內(nèi)回風(fēng)混合，經(jīng)降溫（升溫）處理后送入車(chē)廂風(fēng)道內(nèi)，經(jīng)沿車(chē)體均勻分布的送風(fēng)口均勻吹出。

空調(diào)機(jī)組主要由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、通風(fēng)機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器、風(fēng)量調(diào)節(jié)閥和溫度傳感器等部件組成，壓縮機(jī)是采用美國(guó)谷輪臥式全封閉渦旋式壓縮機(jī)，R407C為制冷劑，以毛細(xì)管為節(jié)流元件，機(jī)組可根據(jù)車(chē)內(nèi)負(fù)荷大小進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)50%、75%、100%能量調(diào)節(jié)?？照{(diào)機(jī)組配用獨(dú)立的電氣控制柜，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制、自動(dòng)控制和集中控制，空調(diào)控制器與車(chē)載TMS系統(tǒng)間采用RS485通訊方式，可通過(guò)TMS界面實(shí)現(xiàn)空調(diào)的通風(fēng)、自動(dòng)冷/暖、全冷/暖、半冷/暖和關(guān)閉等集控功能的切換，人機(jī)操作界面快捷方便、可操作性強(qiáng)。

2.典型整改問(wèn)題分析與對(duì)策

2.1 空調(diào)機(jī)組噪聲超標(biāo)整改

2011年9月，2號(hào)線(xiàn)列車(chē)進(jìn)行例行型式調(diào)試《車(chē)輛噪音測(cè)量試驗(yàn)》，其中車(chē)輛內(nèi)部噪音測(cè)量超過(guò)試驗(yàn)大綱標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)點(diǎn)偏高位置均出現(xiàn)在空調(diào)機(jī)組回風(fēng)口附近，經(jīng)過(guò)排查分析確定為空調(diào)機(jī)組噪音過(guò)大造成。

分析與對(duì)策：空調(diào)噪聲大原因有很多，包括壓縮機(jī)振動(dòng)、冷凝風(fēng)機(jī)異響、通風(fēng)機(jī)異音、機(jī)組與車(chē)體安裝間的共振及電磁噪聲等，我們使用專(zhuān)業(yè)儀器測(cè)量排查后確認(rèn)為通風(fēng)機(jī)送風(fēng)速度過(guò)大引起送風(fēng)氣流不均，氣流沖擊風(fēng)道、送風(fēng)口導(dǎo)致異音，并同時(shí)涉及機(jī)組與風(fēng)道的選型匹配問(wèn)題。因?yàn)榇藭r(shí)機(jī)組已全部定型裝車(chē)，重新選配通風(fēng)機(jī)規(guī)格或更改風(fēng)道設(shè)計(jì)參數(shù)已不可行，故提出在通風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口或入風(fēng)口加裝格柵板方案，格柵板板孔尺寸有Φ8、Φ10mm兩種尺寸，以?xún)?yōu)化送風(fēng)方案（方案圖片見(jiàn)下圖1）。四種方案經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)裝車(chē)試驗(yàn)，從降噪效果、通風(fēng)機(jī)工作電流、送風(fēng)口風(fēng)速及安裝可行性綜合考慮，最終采用在通風(fēng)機(jī)送風(fēng)口加裝Φ10mm格柵方案，良好解決了空調(diào)噪音超標(biāo)的問(wèn)題。

圖1 通風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口、入風(fēng)口加裝格柵板方案

2.2 空調(diào)程序問(wèn)題導(dǎo)致機(jī)組異常停機(jī)

2號(hào)線(xiàn)從2012年6月至2013年2月正線(xiàn)多次發(fā)生TMS顯示單節(jié)車(chē)空調(diào)啟動(dòng)緊急通風(fēng)模式，實(shí)際客室機(jī)組處于停機(jī)狀態(tài)故障，且故障機(jī)組無(wú)規(guī)律可循。

分析與對(duì)策：我們主要從觸發(fā)空調(diào)緊急通風(fēng)所有因素出發(fā)，逐一對(duì)電源檢測(cè)器、控制器內(nèi)部芯片、控制器程序、TMS與控制器通訊代碼及電磁干擾等環(huán)節(jié)進(jìn)行逐一檢測(cè)，得到以下故障原因推論：列車(chē)在未明車(chē)輛干擾或TMS誤發(fā)錯(cuò)誤代碼等激擾下，使控制器內(nèi)部芯片組件或外部三相檢測(cè)裝置收到380V瞬間消失又立刻恢復(fù)的信號(hào)，使控制器向TMS發(fā)送緊急通風(fēng)指令，然后程序進(jìn)入啟動(dòng)緊急通風(fēng)邏輯，但此時(shí)列車(chē)SIV有正常的380V電源輸出，不滿(mǎn)足啟動(dòng)緊急通風(fēng)條件，但此時(shí)緊急通風(fēng)指令已向TMS發(fā)出，故造成通信沖突，控制器邏輯進(jìn)入死循環(huán)，造成空調(diào)機(jī)組死機(jī)。

通過(guò)修改控制器程序，對(duì)程序抗干擾能力、運(yùn)行穩(wěn)定性和通信穩(wěn)定性進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)在向TMS終端傳輸空調(diào)執(zhí)行工況時(shí)，增加一次380V邏輯判斷，并設(shè)計(jì)看門(mén)狗死機(jī)自動(dòng)重啟程序功能，很好的解決了正線(xiàn)出現(xiàn)的異常停機(jī)故障。

2.3 緊急通風(fēng)逆變器燒損

自2號(hào)線(xiàn)車(chē)輛調(diào)試運(yùn)行以來(lái)，發(fā)生多起空調(diào)緊急通風(fēng)逆變器燒損故障，逆變器拆解分析結(jié)果均為外界接入大電流導(dǎo)致燒損。

分析與對(duì)策：結(jié)合故障現(xiàn)象在現(xiàn)場(chǎng)做試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)空調(diào)逆變器大電流有如下兩種情況：①啟動(dòng)緊急通風(fēng)時(shí)—逆變器啟動(dòng)繼電器（K81）與緊急通風(fēng)接觸器（KE11、KE21）邏輯閉合順序不清晰，如果KE11、KE21遲于K81閉合，就相當(dāng)于低電壓情況下直投電機(jī)負(fù)載，會(huì)給逆變器帶來(lái)較大啟動(dòng)沖擊電流。為避免過(guò)電流沖擊，修改程序使KE11、KE21吸合延時(shí)2秒再控制K81吸合；②機(jī)組由緊急通風(fēng)模式恢復(fù)正常模式時(shí)—KE11、KE21斷開(kāi)與正常通風(fēng)接觸器（K11、K21）吸合動(dòng)作瞬間完成，造成逆變器輸出電壓與SIV輸出電壓疊加，逆變器受過(guò)電壓而燒損，為避免過(guò)電壓沖擊逆變器，在K81斷開(kāi)前提下，修改程序使KE11、KE21斷開(kāi)后延時(shí)2秒再吸合K11、K21。

圖2

圖4

圖3

圖5 冷凝風(fēng)機(jī)內(nèi)部積水導(dǎo)致軸承銹蝕

3.典型故障原因分析與對(duì)策

3.1 蒸發(fā)器結(jié)冰導(dǎo)致漏水

2012年7月開(kāi)通以來(lái)接報(bào)多起車(chē)廂出風(fēng)口和回風(fēng)口漏水現(xiàn)象，經(jīng)回庫(kù)檢查漏水機(jī)組排水口未出現(xiàn)堵塞，但蒸發(fā)器出現(xiàn)多起結(jié)冰現(xiàn)象。

分析與對(duì)策：引起蒸發(fā)器結(jié)冰有如下原因：①回風(fēng)濾網(wǎng)堵塞、回風(fēng)閥關(guān)閉或通風(fēng)機(jī)停機(jī)，經(jīng)調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)不存在此問(wèn)題；②外界溫度過(guò)低或溫度傳感器失真導(dǎo)致壓縮機(jī)一直工作，經(jīng)檢測(cè)溫度傳感器不存在此問(wèn)題；③控制器受其它因素影響或程序缺陷，使軟件程序未退出制冷或程序跑飛工況，導(dǎo)致壓縮機(jī)一直制冷。經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)控制器程序存在到達(dá)制冷目標(biāo)溫度不退出問(wèn)題，且控制邏輯對(duì)拔鑰匙工況，缺乏機(jī)組在室溫低于19℃工況下壓縮機(jī)保護(hù)停機(jī)的描述。針對(duì)上述問(wèn)題，通過(guò)加強(qiáng)程序可靠性，完善各控制程序環(huán)節(jié)避免程序跑飛，嚴(yán)格執(zhí)行在任意制冷工況模式下，低于19±1℃溫度下不允許啟動(dòng)壓縮機(jī)邏輯，同時(shí)程序增加當(dāng)外界溫度低于19℃以下，空調(diào)機(jī)組壓縮機(jī)不允許啟動(dòng)功能，完成撥鑰匙工況程序代碼漏洞修改。

3.2 壓縮機(jī)過(guò)流

車(chē)輛運(yùn)營(yíng)過(guò)程中正線(xiàn)連續(xù)接報(bào)壓縮機(jī)過(guò)流故障，回庫(kù)后故障經(jīng)常消失，同時(shí)存在過(guò)流繼電器輔助觸頭虛接、燒損，甚至故障過(guò)流繼電器可通過(guò)敲擊自動(dòng)恢復(fù)等問(wèn)題。

分析與對(duì)策：天津地鐵2號(hào)線(xiàn)空調(diào)壓縮機(jī)過(guò)流繼電器采用水銀式過(guò)載繼電器，如圖2、3所示，殼體外部由線(xiàn)圈3纏繞，正常狀態(tài)下鐵心5處于下方位置，水銀4液面沒(méi)過(guò)電極1，電極1與輔助觸頭2形成通路，此繼電器常閉狀態(tài)為正常工作狀態(tài)。當(dāng)線(xiàn)圈中出現(xiàn)過(guò)流現(xiàn)象時(shí)，磁場(chǎng)力增大超過(guò)鐵心動(dòng)作極限向上浮起，造成水銀液面下降，與電極1脫離，電極1與輔助觸頭2形成斷路，此時(shí)為過(guò)流工況。結(jié)合此型號(hào)過(guò)流繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理，認(rèn)為壓縮機(jī)上述過(guò)流故障原因主要為：①車(chē)輛爬坡或小曲線(xiàn)運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部水銀液面發(fā)生偏斜、偏移或在電磁影響下出現(xiàn)水銀散化，使內(nèi)部電極脫離水銀，接點(diǎn)斷開(kāi)，造成壓縮機(jī)過(guò)流故障；②鐵心在外部因素影響下，出現(xiàn)卡滯、偏離垂直原位，從而使內(nèi)部電極脫離水銀，接點(diǎn)斷開(kāi)，同樣造成壓縮機(jī)過(guò)流故障；③此過(guò)流繼電器鐵心動(dòng)作靈敏，線(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)壓出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)頻繁過(guò)流動(dòng)作，燒損繼電器；④過(guò)流繼電器輔助觸點(diǎn)線(xiàn)纜存在壓接松動(dòng)現(xiàn)象，引起壓縮機(jī)過(guò)流誤報(bào)。由此可見(jiàn)，壓縮機(jī)過(guò)流問(wèn)題主要是繼電器本身存在缺點(diǎn)導(dǎo)致，為此我們經(jīng)過(guò)匹配選型，選擇脫扣型熱過(guò)載繼電器（如圖4所示）進(jìn)行替代改造，繼電器過(guò)流保護(hù)整定值維持14A不變，目前裝車(chē)改造使用效果良好。

3.3 冷凝風(fēng)機(jī)異響

2013年9月起，在空調(diào)檢修過(guò)程中出現(xiàn)多臺(tái)冷凝風(fēng)機(jī)異響問(wèn)題，故障風(fēng)機(jī)經(jīng)分解分析均為外界水通過(guò)電機(jī)線(xiàn)端子插頭或電機(jī)端子盒蓋進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)軸承因積水銹蝕產(chǎn)生異響（如圖5所示）。我們通過(guò)專(zhuān)項(xiàng)，對(duì)全部冷凝風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況和絕緣性進(jìn)行測(cè)試查看，同時(shí)普查電機(jī)線(xiàn)端子插頭及盒蓋密封情況，重新固定冷凝風(fēng)機(jī)出線(xiàn)口線(xiàn)纜，使之呈可靠“︶形”回水彎，并在電機(jī)出線(xiàn)各部分端口涂抹環(huán)氧樹(shù)脂，避免日后外界水進(jìn)入風(fēng)機(jī)引起異響。

4.空調(diào)系統(tǒng)合理建議

4.1 空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)先采用降噪化和送風(fēng)均勻性方案，例如風(fēng)機(jī)采用扇葉采用大直徑設(shè)計(jì)、管路采用柔性連接、低噪音優(yōu)良送風(fēng)性能風(fēng)道型式等；

4.2 機(jī)組設(shè)計(jì)應(yīng)考慮檢修維護(hù)可行性，結(jié)構(gòu)可靠穩(wěn)定，機(jī)組清洗方便；

4.3 空調(diào)控制器程序開(kāi)發(fā)注重運(yùn)行穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)；

4.4 空調(diào)空氣處理高效，避免冷熱處理空氣出現(xiàn)無(wú)用熱交換；

4.5 針對(duì)全國(guó)出現(xiàn)的頻繁霧霾天氣和地鐵運(yùn)營(yíng)自身特點(diǎn)，空調(diào)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮加裝高效空氣清新過(guò)濾裝置，以提供優(yōu)良乘車(chē)環(huán)境。