天津地鐵車輛空調系統典型故障與整改的分析及對策

天津市地下鐵道運營有限公司 趙 剛

天津地鐵2號線空調系統自2012年7月份投入運用以來運行狀態良好，給乘客提供了舒適的車廂環境，但從前期的調試和兩年來的運用檢修來看，也存在一些常見的故障和機組結構、程序設計方面的整改，本文將通過簡單介紹空調系統組成，闡述典型整改和故障案例，并提出自己對空調設計開發的合理建議，以有效解決空調系統運用過程中的常發故障，降低空調系統故障率和維護檢修成本，優化、提高車輛空調服務質量。

1.空調系統概述

天津地鐵2號線空調系統主要由KGC29型空調機組、CRPC11控制柜、CVU-07司機室送風單元和高效靜壓送風風道等四部分組成，空調機組結構型式采用車頂單元式，各空調單元均設有兩套獨立的制冷系統，以增加空調裝置的可靠性。與空調機組配套的電氣控制柜安裝在車廂內部，二者通過電氣連接器（插頭、插座）連接，由車輛逆變器供電。空調機組的回風口設在機組的底部中間，送風口設在機組的底部兩側，殼體兩側設有新風口，新風經防塵防水進風裝置和新風濾網過濾后，進入機組與車廂內回風混合，經降溫（升溫）處理后送入車廂風道內，經沿車體均勻分布的送風口均勻吹出。

空調機組主要由壓縮機、蒸發器、冷凝器、通風機、冷凝風機、空氣預熱器、風量調節閥和溫度傳感器等部件組成，壓縮機是采用美國谷輪臥式全封閉渦旋式壓縮機，R407C為制冷劑，以毛細管為節流元件，機組可根據車內負荷大小進行控制，實現50%、75%、100%能量調節。空調機組配用獨立的電氣控制柜，可實現手動控制、自動控制和集中控制，空調控制器與車載TMS系統間采用RS485通訊方式，可通過TMS界面實現空調的通風、自動冷/暖、全冷/暖、半冷/暖和關閉等集控功能的切換，人機操作界面快捷方便、可操作性強。

2.典型整改問題分析與對策

2.1 空調機組噪聲超標整改

2011年9月，2號線列車進行例行型式調試《車輛噪音測量試驗》，其中車輛內部噪音測量超過試驗大綱標準，測點偏高位置均出現在空調機組回風口附近，經過排查分析確定為空調機組噪音過大造成。

分析與對策：空調噪聲大原因有很多，包括壓縮機振動、冷凝風機異響、通風機異音、機組與車體安裝間的共振及電磁噪聲等，我們使用專業儀器測量排查后確認為通風機送風速度過大引起送風氣流不均，氣流沖擊風道、送風口導致異音，并同時涉及機組與風道的選型匹配問題。因為此時機組已全部定型裝車，重新選配通風機規格或更改風道設計參數已不可行，故提出在通風機吸風口或入風口加裝格柵板方案，格柵板板孔尺寸有Φ8、Φ10mm兩種尺寸，以優化送風方案（方案圖片見下圖1）。四種方案經過現場裝車試驗，從降噪效果、通風機工作電流、送風口風速及安裝可行性綜合考慮，最終采用在通風機送風口加裝Φ10mm格柵方案，良好解決了空調噪音超標的問題。

圖1 通風機吸風口、入風口加裝格柵板方案

2.2 空調程序問題導致機組異常停機

2號線從2012年6月至2013年2月正線多次發生TMS顯示單節車空調啟動緊急通風模式，實際客室機組處于停機狀態故障，且故障機組無規律可循。

分析與對策：我們主要從觸發空調緊急通風所有因素出發，逐一對電源檢測器、控制器內部芯片、控制器程序、TMS與控制器通訊代碼及電磁干擾等環節進行逐一檢測，得到以下故障原因推論：列車在未明車輛干擾或TMS誤發錯誤代碼等激擾下，使控制器內部芯片組件或外部三相檢測裝置收到380V瞬間消失又立刻恢復的信號，使控制器向TMS發送緊急通風指令，然后程序進入啟動緊急通風邏輯，但此時列車SIV有正常的380V電源輸出，不滿足啟動緊急通風條件，但此時緊急通風指令已向TMS發出，故造成通信沖突，控制器邏輯進入死循環，造成空調機組死機。

通過修改控制器程序，對程序抗干擾能力、運行穩定性和通信穩定性進行優化，同時在向TMS終端傳輸空調執行工況時，增加一次380V邏輯判斷，并設計看門狗死機自動重啟程序功能，很好的解決了正線出現的異常停機故障。

2.3 緊急通風逆變器燒損

自2號線車輛調試運行以來，發生多起空調緊急通風逆變器燒損故障，逆變器拆解分析結果均為外界接入大電流導致燒損。

分析與對策：結合故障現象在現場做試驗發現空調逆變器大電流有如下兩種情況：①啟動緊急通風時—逆變器啟動繼電器（K81）與緊急通風接觸器（KE11、KE21）邏輯閉合順序不清晰，如果KE11、KE21遲于K81閉合，就相當于低電壓情況下直投電機負載，會給逆變器帶來較大啟動沖擊電流。為避免過電流沖擊，修改程序使KE11、KE21吸合延時2秒再控制K81吸合；②機組由緊急通風模式恢復正常模式時—KE11、KE21斷開與正常通風接觸器（K11、K21）吸合動作瞬間完成，造成逆變器輸出電壓與SIV輸出電壓疊加，逆變器受過電壓而燒損，為避免過電壓沖擊逆變器，在K81斷開前提下，修改程序使KE11、KE21斷開后延時2秒再吸合K11、K21。

圖2

圖4

圖3

圖5 冷凝風機內部積水導致軸承銹蝕

3.典型故障原因分析與對策

3.1 蒸發器結冰導致漏水

2012年7月開通以來接報多起車廂出風口和回風口漏水現象，經回庫檢查漏水機組排水口未出現堵塞，但蒸發器出現多起結冰現象。

分析與對策：引起蒸發器結冰有如下原因：①回風濾網堵塞、回風閥關閉或通風機停機，經調查現場不存在此問題；②外界溫度過低或溫度傳感器失真導致壓縮機一直工作，經檢測溫度傳感器不存在此問題；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，導致壓縮機一直制冷。經檢測發現控制器程序存在到達制冷目標溫度不退出問題，且控制邏輯對拔鑰匙工況，缺乏機組在室溫低于19℃工況下壓縮機保護停機的描述。針對上述問題，通過加強程序可靠性，完善各控制程序環節避免程序跑飛，嚴格執行在任意制冷工況模式下，低于19±1℃溫度下不允許啟動壓縮機邏輯，同時程序增加當外界溫度低于19℃以下，空調機組壓縮機不允許啟動功能，完成撥鑰匙工況程序代碼漏洞修改。

3.2 壓縮機過流

車輛運營過程中正線連續接報壓縮機過流故障，回庫后故障經常消失，同時存在過流繼電器輔助觸頭虛接、燒損，甚至故障過流繼電器可通過敲擊自動恢復等問題。

分析與對策：天津地鐵2號線空調壓縮機過流繼電器采用水銀式過載繼電器，如圖2、3所示，殼體外部由線圈3纏繞，正常狀態下鐵心5處于下方位置，水銀4液面沒過電極1，電極1與輔助觸頭2形成通路，此繼電器常閉狀態為正常工作狀態。當線圈中出現過流現象時，磁場力增大超過鐵心動作極限向上浮起，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，此時為過流工況。結合此型號過流繼電器的結構和工作原理，認為壓縮機上述過流故障原因主要為：①車輛爬坡或小曲線運行時，內部水銀液面發生偏斜、偏移或在電磁影響下出現水銀散化，使內部電極脫離水銀，接點斷開，造成壓縮機過流故障；②鐵心在外部因素影響下，出現卡滯、偏離垂直原位，從而使內部電極脫離水銀，接點斷開，同樣造成壓縮機過流故障；③此過流繼電器鐵心動作靈敏，線網網壓出現較大波動時，出現頻繁過流動作，燒損繼電器；④過流繼電器輔助觸點線纜存在壓接松動現象，引起壓縮機過流誤報。由此可見，壓縮機過流問題主要是繼電器本身存在缺點導致，為此我們經過匹配選型，選擇脫扣型熱過載繼電器（如圖4所示）進行替代改造，繼電器過流保護整定值維持14A不變，目前裝車改造使用效果良好。

3.3 冷凝風機異響

2013年9月起，在空調檢修過程中出現多臺冷凝風機異響問題，故障風機經分解分析均為外界水通過電機線端子插頭或電機端子盒蓋進入電機內部，導致風機軸承因積水銹蝕產生異響（如圖5所示）。我們通過專項，對全部冷凝風機運轉情況和絕緣性進行測試查看，同時普查電機線端子插頭及盒蓋密封情況，重新固定冷凝風機出線口線纜，使之呈可靠“︶形”回水彎，并在電機出線各部分端口涂抹環氧樹脂，避免日后外界水進入風機引起異響。

4.空調系統合理建議

4.1 空調結構設計優先采用降噪化和送風均勻性方案，例如風機采用扇葉采用大直徑設計、管路采用柔性連接、低噪音優良送風性能風道型式等；

4.2 機組設計應考慮檢修維護可行性，結構可靠穩定，機組清洗方便；

4.3 空調控制器程序開發注重運行穩定、抗干擾能力強；

4.4 空調空氣處理高效，避免冷熱處理空氣出現無用熱交換；

4.5 針對全國出現的頻繁霧霾天氣和地鐵運營自身特點，空調設計應考慮加裝高效空氣清新過濾裝置，以提供優良乘車環境。