西安地鐵2號線車輛風源系統典型故障分析及整改

賀延芳 胡曉博

(西安市地下鐵道有限責任公司運營分公司 陜西 西安 710016)

西安地鐵2號線列車采用6輛編組(3動3拖)，兩端為帶司機室拖車(Tc),中間為拖車(T)、動車Mp車(帶受電弓)和動車M車(不帶受電弓)，每個車型均配備一套制動系統，2臺空氣壓縮機布置在2個Tc車(見圖1)，車輛采用日本NABTESCO公司生產的制動系統，該系統采用車控方式，優先使用電制動，電制動不足由空氣制動補充。風源系統為全列車制動系統、空氣彈簧等使用壓縮空氣的裝置提供壓縮空氣[1]。

圖1 西安地鐵2號線列車示意圖

1 風源系統簡介

風源系統主要由以下部件組成：電動空氣壓縮機組、電動空氣壓縮機組的啟動裝置、冷卻器、干燥器、濾清器、儲風缸、安全閥、總風壓力開關(包含于制動控制單元,即BCU中)、壓力調節裝置等。

1.1 電動空氣壓縮機組

每一列車設2套電動空氣壓縮機組，機組啟動由壓力調節器控制，空氣壓縮機空載啟動。采用往復式驅動空氣壓縮機組。空氣壓縮機由三相AC380 V交流電動機驅動(見圖2)，電動機和空氣壓縮機之間的聯軸節采用彈性結構。采用空氣冷卻，齒輪泵強行潤滑[2]。其電機技術參數如表1所示。

圖2 電機圖

參數項目參數值方式 3相,鼠籠式電級數4電壓 AC380 V功率 6.5 kW速度 1 450 r/min絕緣 F級

1.2 空氣干燥器

在空氣壓縮機組和總風缸之間還設有容量合適的空氣干燥器，使送至總風缸的壓縮空氣得以凈化。空氣干燥器與空氣壓縮機的供給量相匹配，其型式為真空絲膜式。

1.3 其他部件

其他部件包括空氣濾清器、壓力調節器和儲風缸以及安全閥等。

2 控制原理

為確保風源系統正常工作(特別是電氣裝置)，啟動時需同時啟動AC380 V電源和DC110 V輔助電源；停機時，空氣壓縮機停機5 s后才能切斷輔助電源(DC110 V)，因為排水電磁閥需在停機時進行排污[3]。一般來說，風源系統控制模式有3種，其原理圖如圖3所示。

2.1 正常控制模式

正常情況下，風源系統的啟停和控制管理通過壓力開關來實現。當總風壓力小于(800±20)kPa時，2臺空氣壓縮機同時工作。總風壓力大于(900±20)kPa后停機。

從圖3可知，2、5車空氣壓縮機起動裝置內的壓力開關屬于并聯關系。只有在2個壓力開關都斷開的情況下空氣壓縮機才會停止工作。若其中1個壓力開關在正常壓力范圍內未斷開，則會導致2臺空氣壓縮機繼續工作。

圖3 空氣壓縮機啟停控制原理圖

在空氣壓縮機同時啟動、斷路器CMSN閉合的條件下，只要2個車的壓力開關不同時斷開，則2臺空氣壓縮機都動作。進一步說明，在此情況下，2車壓力開關的狀態不僅可以控制2車空氣壓縮機的啟動停止，也可以控制5車空氣壓縮機的啟動停止。同理，5車也類似。

在空氣壓縮機同時啟動斷路器CMSN斷開的條件下，本車的壓力開關只控制本車的空氣壓縮機，即2車的壓力開關只控制2車空氣壓縮機的啟動停止，5車空氣壓縮機只控制5車空氣壓縮機的啟動停止。

綜上所述，將空氣壓縮機的動作邏輯總結如表2所示。

表2 空氣壓縮機的動作邏輯表

2.2 SIV(輔助逆變器)故障模式

當車輛SIV出現故障時，與其相對應的一臺SIVFR繼電器無法得電接通，啟動裝置將通過時間繼電器CMTR接通控制回路，并延時3 s后啟動另一臺空氣壓縮機。

2.3 強泵控制模式

當車輛強迫啟動空氣壓縮機按鈕按下后，空氣壓縮機開始工作，但是該操作可能會造成風缸壓力快速上升，導致安全閥動作保護。

3 風源系統典型故障分析及整改措施

西安地鐵2號線開通以來，在檢修以及運營的過程中發現多起風源系統的故障，較為典型的有雙針壓力表管路缺陷、風源系統供風時間極度延長、空氣壓縮機油乳化等，針對這3類問題，進行原因分析，提出整改措施，以降低風源系統的故障率。

3.1 雙針壓力表氣源管路缺陷

雙針壓力表在漏風維修及定期校驗、保養拆裝時，氣源管路中常出現風管扭曲變形，導致風管損壞、漏風等問題，這主要是由于風管為紫銅管，不能產生形變引起的，這個缺陷對雙針壓力表的更換與校驗帶來了一定的困難。

整改措施：去除紫銅管，使用不銹鋼管分別與從車底部接入司機室的總風管、制動管連接，將不銹鋼管另一接口延伸至檢查窗口部，制作直角板將其固定；再使用高壓軟管將不銹鋼管與雙針壓力表連接，如圖4所示。在拆卸雙針壓力表時可以在檢查窗口部拆卸高壓軟管，隨后就可以直接將雙針壓力表拆除，取下雙針壓力表后，再拆除雙針壓力表上的高壓軟管，該項措施使雙針壓力表氣源管路拆卸簡單、便捷。

圖4 雙針壓力表氣源管路整改示意圖

3.2 風源系統供風時間極度延長

風源系統供風時間極度延長，也可理解為空氣壓縮機打風不止，該故障通常由以下2點原因所致。

(1)空氣壓縮機壓力開關故障

該壓力開關為Z010B 型壓力開關，是電動空氣壓縮機的調壓器，通過監測主風的壓力來切換電動空氣壓縮機的自動控制信號。如果壓力下降至(800±20)kPa，則使電動空氣壓縮機運行；壓力上升至(900±20) kPa，則使其停止運行。其動作點原理如圖5所示。

圖5 動作原理圖

由圖3可知，空氣壓縮機打風不止即空氣壓縮機主回路一直處于得電狀態，可以推斷是由于主觸點(CMK)未斷開所致。主觸點(CMK)未斷開可能有兩方面原因：一是空氣壓縮機接觸器主觸點卡滯；二是控制回路中空氣壓縮機接觸器線圈一直處于得電狀態，由于空氣壓縮機的工作方式是同時啟動，可推斷故障發生時至少有一個壓力開關未斷開，更換壓力開關即可。

(2)氣管路系統嚴重漏風

列車風壓過低，無法滿足緊急制動或停放制動的緩解壓力(低于600 kPa或700 kPa)，ATI(車輛信息裝置)顯示空氣壓縮機持續動作，但列車風壓無法上升；說明列車主管路泄漏量過大，列車漏風嚴重，空氣壓縮機正常打風的供風能力無法彌補列車的泄漏量，列車存在緊急制動和停放制動施加的風險。檢查氣管接頭裝配是否松動或更換氣管卡套，以排除泄漏。

整改措施：

(1)加強員工檢修質量，在日檢及其以上修程中，對氣管路系統中所有的風管、截斷塞門等部件進行檢修；檢查空氣壓縮機螺桿等是否有機械磨損、截斷塞門是否處于正常位置；耳聽管路有無漏氣；檢查壓力開關是否正常。

(2)優化修程內容，在每個均衡修B中對空氣壓縮機濾芯進行吹塵，該修程的作業周期為3月/次。

(3)作業指導書進一步細化相關檢修方法及檢修標準。

(4)重新梳理維護手冊，對有明確壽命周期的部件納入相應修程，研究應對相關部件壽命到期后造成隱患的措施。

3.3 空氣壓縮機油乳化

在檢修的過程中，發現多起空氣壓縮機油乳化現象。產生空氣壓縮機油乳化的主要原因是在空氣壓縮機工作的過程中，氣缸內的氣體含有部分水蒸汽，可能隨著曲軸的作用混入機油，導致空氣壓縮機油變質乳化。空氣壓縮機油乳化容易造成空氣壓縮機潤滑不良，使運動部件摩擦加劇，造成密封橡膠圈失效，可能引起空氣壓縮機油泄漏。此外，由于乳化的機油含水量較高，水分在氣缸中無法排出，易使氣缸體發生腐蝕，降低空氣壓縮機的使用壽命，較為直觀的表現形式為空氣壓縮機工作時會發出不正常的噪聲和敲缸現象[3]。

整改措施：在保證空氣壓縮機濾芯滿足要求后，人為增加了空氣壓縮機干燥器的排氣量，延長空氣壓縮機打風時間，增加空氣壓縮機的工作效率；增加干燥劑干燥時的用風量，將干燥劑吸收的水蒸汽通過再生被清除。

4 總結

通過對以上3類風源系統典型故障進行多次試驗和探討分析，提出了有效的解決方案，對存在的問題進行整改，取得了顯著效果，降低了制動系統的故障率，提高了電客車的服務質量，為地鐵車輛的平安運營，提供了有力的保障。