城軌車輛緊急通風逆變器啟動問題分析及改進

杜昭童

（中車成都機車車輛有限公司 技術部，工程師，四川 成都 610051）

城軌車輛緊急通風系統(tǒng)是空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分，當城軌車輛在緊急情況下無法從接觸網(wǎng)取電時，車輛無法產(chǎn)生輔助AC380V電源，會導致空調(diào)系統(tǒng)停止工作，車輛無法產(chǎn)生新風，在封閉的車廂空間內(nèi)會導致二氧化碳含量迅速升高，為了在緊急情況下繼續(xù)讓車輛內(nèi)空氣流通［1］，在車輛上安裝緊急通風逆變器，將車輛蓄電池（DC110V）逆變?yōu)锳C380V電源供空調(diào)通風系統(tǒng)使用。

在車輛的試運行過程中發(fā)現(xiàn)車輛緊急通風逆變器啟動存在問題，故障現(xiàn)象具體描述為：當車輛不通高壓電（DC1500V）時，通過車輛人機界面（HMI）顯示屏集控啟動空調(diào)系統(tǒng)，經(jīng)延時檢測車輛三相電源缺失后會自行啟動緊急通風，現(xiàn)車經(jīng)延時后發(fā)現(xiàn)個別車緊急通風不啟動，空調(diào)機組報出無運行反饋，且不啟動問題隨機出現(xiàn)。

1 工作原理分析

1.1 軟件控制邏輯

針對以上問題，首先對設備工作原理進行分析，對啟動緊急通風的控制程序進行核查，緊急通風下的軟件控制邏輯［2］，通常為：啟動上電判斷滿足啟動條件后，輸出逆變器啟動信號持續(xù)20s（根據(jù)具體項目可調(diào)），為避免超時自檢在逆變器上電運行15s時進行逆變器運行反饋檢測，每次檢測函數(shù)會檢測30次（每次延時100ms）。如果第一次運行反饋（逆變器運行18s后）檢測空調(diào)沒有檢測到反饋信號，則撤銷啟動信號（斷開逆變器啟動），間隔2s后，再次輸出逆變器運行信號進入第二次反饋檢測；如果第二次運行反饋檢測（逆變器再運行20s后，整個過程約40s），還沒接收到逆變器運行反饋信號，即上報逆變器無運行反饋故障。

空調(diào)機組的正常通風與緊急通風切換時間為15s，即關閉所有正常通風的相關接觸器，新風閥開啟，回風閥關閉，然后延時15s開啟緊急通風的接觸器，緊急通風接觸器正確閉合后，輸出逆變器運行信號，軟件邏輯如圖1所示。

圖1 軟件控制邏輯

緊急通風逆變器停止觸發(fā)條件：

當緊急通風時間達到45min，將退出緊急通風模式［3］。

控制器檢測到AC380V電源恢復正常，等待10s后，AC380V仍然正常，則停止緊急通風，5s后轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)。

集控模式下實時檢測到TCMS網(wǎng)絡下發(fā)的SIV正常數(shù)量，當SIV正常數(shù)量大于0且AC380V電源恢復正常時，停止緊急通風。

控制器接收到“停止”指令時，空調(diào)機組停機。

1.2 硬線控制邏輯

緊急逆變器與空調(diào)控制柜的接口和故障信號控制部分的原理圖，如圖2所示，其中X1為控制連接器，X2為供電連接器，控制：啟動、運行、故障輸出線，其中故障輸出線由空調(diào)控制柜給出“+DC24V”的電壓信號給逆變器（X1:B6），在逆變器有故障時，逆變器內(nèi)部控制板的繼電器K1閉合，發(fā)送“+DC24V”電壓信號（X1:B5）給空調(diào)控制柜；在逆變器正常運行時，逆變器內(nèi)部的繼電器斷開，逆變器不會發(fā)送故障信號給空調(diào)。

圖2 逆變器電氣原理圖

由于逆變器安裝于車下，因此線纜需要從車上空調(diào)柜內(nèi)經(jīng)過車內(nèi)線槽和車體空腔走線至車下的緊急通風逆變器裝置處，根據(jù)線纜的布線規(guī)則，DC110V/DC24V控制線與交流AC380V需隔離布置并且綁扎，按施工標準進行作業(yè)。

2 原因分析

2.1 軟件原因

針對此故障，首先對控制軟件進行了核查，確認軟件啟動邏輯及指令發(fā)出均符合設計要求［4］，核對控制指令及反饋指令的觸發(fā)時間，確定空調(diào)控制器準確發(fā)出了啟動緊急通風信號輸出給逆變器，但是逆變器沒有正確的反饋出運行信號，因此初步懷疑是由于線路問題導致，隨后對硬線線路進行檢查。

2.2 硬件原因

校線和絕緣測試檢查發(fā)現(xiàn)線路導通良好，無接地和短路現(xiàn)象，結合多次測試故障觸發(fā)的隨機性和不規(guī)律的特點，判斷線路可能存在干擾，使用示波器抓取故障波形，在逆變器運行時故障輸出線（X1:B5）（6203號線）對空調(diào)“-DC24V”存在幅值50V（設置為20V/div）左右的雜波，如圖3所示，可造成空調(diào)控制柜誤保護。

圖3 示波器抓取干擾波形

為了確定干擾的具體存在位置，做了以下驗證［5］：

外接一根DC24V負線，挑出故障信號6203號線空調(diào)端，用示波器電壓鉗測量6203號線和外接負線發(fā)現(xiàn)逆變器運行時，6203號線存在嚴重雜波，說明干擾來自6203號線周圍電磁干擾。

外接一根DC24V正線替代6203號線，從T3：78點外接至逆變器控制板X1/B6點，此時驗證逆變器可正常工作，無故障報出，且示波器測量無雜波，確定了干擾來自6203號線。

從電磁兼容方面來分析，逆變器的交流輸出線路、車上其他設備的線路，都可能是干擾源，交流信號與直流信號一般要分開走線，或作屏蔽處理。而逆變器的故障輸出信號，是一個DC24V直流信號，當逆變器正常運行時，此6203號線信號相當于在逆變器端懸空，極易受到干擾。

3 解決對策

針對以上問題，制定了以下3種方案來進行全面解決，并分別對此進行了驗證。

①重新梳理走線路徑，交直流控制線及主電源線分開走，并更換屏蔽線纜。

經(jīng)現(xiàn)車驗證，將車上6203線換為1根屏蔽線，其他位置走線保持不變，緊急通風逆變器可以正常工作，空調(diào)未報出故障，用示波器測量6203號線和DC24V負線有微弱雜波，不會導致誤報故障。

②在空調(diào)故障信號接收端進行濾波處理。

經(jīng)現(xiàn)車驗證，在車上故障信號接收點（T3：78腳）與車體外殼間加濾波電容（330nF），緊急通風逆變器可以正常工作，空調(diào)未報出故障，用示波器測量6203號線和DC24V負線之間無雜波。

③在緊急通風逆變器內(nèi)故障信號發(fā)出端作濾波處理。

經(jīng)現(xiàn)車驗證，在緊急通風逆變器內(nèi)部的故障信號發(fā)出端口，逆變控制板JP6：1腳和2腳之間，加濾波電容（330nF），緊急通風逆變器可以正常工作，空調(diào)未報出故障，用示波器測量6203號線和DC24V負線之間無雜波。

4 處理措施

對已經(jīng)制造完成的車輛，采取了解決對策中的方案③增加濾波電容；對正在制造中的車輛，采取方案①，重新布置走線路徑，并采用屏蔽線纜，預防干擾的產(chǎn)生。經(jīng)過試驗，方案中所選用的濾波電容型號定為：JURCCX2-334KMPX/MKP，此電容具有良好的抑制電磁干擾的作用，能夠承受過電壓沖擊，且此電容即使失效后，也不會導致電擊的產(chǎn)生，不會危害人身安全。

同時，緊急通風逆變器正常反饋信號電路與故障反饋信號電路一致，為避免正常反饋信號也出現(xiàn)干擾問題，在緊急通風逆變器控制板JP6：4腳和JP7：2腳之間，也增加一個濾波電容，如圖4標記處所示。

圖4 增加濾波電容后原理圖

處理后實物圖如圖5所示，經(jīng)現(xiàn)車測試所增加的濾波電容起到了良好的抑制干擾作用。

圖5 增加濾波電容后實物圖

5 結論

通過采取更換屏蔽線纜和增加濾波電容的方法減小了線路中產(chǎn)生的干擾，解決了試驗過程中出現(xiàn)的緊急通風逆變器不啟動問題，使設備能夠正常運行，降低了故障率，對車輛的運營和后續(xù)檢修提供一定輔助參考。