地鐵車(chē)輛空調(diào)系統(tǒng)故障分析與措施

黃 幸

（佛山市軌道交通發(fā)展有限公司，廣東佛山 528200）

0 引言

地鐵車(chē)輛空調(diào)系統(tǒng)作為車(chē)輛的重要組成，其主要承擔(dān)著通風(fēng)、調(diào)節(jié)溫度的功能。空調(diào)運(yùn)行情況直接影響乘客的乘坐體驗(yàn)，在地鐵越來(lái)越普及的時(shí)代，其受關(guān)注程度也在不斷提升。因此對(duì)地鐵車(chē)輛空調(diào)運(yùn)用情況進(jìn)行分析，降低空調(diào)故障率，優(yōu)化空調(diào)能耗十分必要。

1 主要故障情況

1.1 過(guò)往運(yùn)用情況

該線路車(chē)輛在2014 年下旬至2016 年中旬進(jìn)行了大修作業(yè)，大修后多個(gè)車(chē)的空調(diào)系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)風(fēng)壓開(kāi)關(guān)、送風(fēng)機(jī)接線盒進(jìn)水問(wèn)題，如圖1～2 所示；2016 年 1 月-2017 年 11 月，風(fēng)壓開(kāi)關(guān)嚴(yán)重進(jìn)水故障18 起，送風(fēng)機(jī)接線盒進(jìn)水故障7 起；在7—9月天氣炎熱時(shí)，問(wèn)題尤其突出，積水導(dǎo)致故障占空調(diào)故障的85%。分析進(jìn)水原因主要是波紋管和蒸發(fā)器制冷劑輸入銅管接觸，溫差導(dǎo)致冷凝水產(chǎn)生，并順著波紋管內(nèi)部流至風(fēng)壓開(kāi)關(guān)、送風(fēng)機(jī)接線盒。針對(duì)該問(wèn)題，主要措施為對(duì)冷凝水進(jìn)行疏導(dǎo)，對(duì)接線盒進(jìn)行密封，整改后該問(wèn)題得到解決。

圖1 風(fēng)壓開(kāi)關(guān)進(jìn)水

圖2 送風(fēng)機(jī)接線盒進(jìn)水

1.2 目前主要故障

在解決進(jìn)水問(wèn)題后，現(xiàn)階段主要故障為供風(fēng)調(diào)節(jié)器、冷卻回路故障、空調(diào)控制板故障、供風(fēng)溫度傳感器故障（NTC熱敏電阻）等慣性故障。

1.2.1 供風(fēng)調(diào)節(jié)器類(lèi)故障

該類(lèi)故障主要由兩方面引起，一是由空調(diào)控制板的故障引起；二是由供風(fēng)調(diào)節(jié)器本身故障引起（如風(fēng)門(mén)的旋轉(zhuǎn)方向錯(cuò)誤、開(kāi)度行程不足、機(jī)械配合部件磨損、電機(jī)損壞等）。在檢修過(guò)程中，要注意其轉(zhuǎn)軸、行程調(diào)整塊、接線端子等部位的狀態(tài)，對(duì)于卡滯、阻值異常等情況及時(shí)處理，在調(diào)整后要多次試驗(yàn)，確認(rèn)功能狀態(tài)良好，如圖3所示。

圖3 供風(fēng)調(diào)節(jié)器

圖4 管路泄漏

1.2.2 冷卻回路類(lèi)故障

該類(lèi)故障主要原因?yàn)闄z測(cè)故障或制冷劑不足，檢測(cè)故障主要由控制板件引起，制冷劑不足，還存在制冷管路破損導(dǎo)致的制冷劑泄漏情況，如圖4所示。

1.2.3 空調(diào)控制板類(lèi)故障

該類(lèi)故障近年來(lái)一直呈高發(fā)趨勢(shì)，主要原因?yàn)榇蟛糠挚照{(diào)控制板件使用時(shí)間超過(guò)10年，屬高齡電子板件，電子板件上的相關(guān)元器件功能老化造成故障。

空調(diào)控制板故障表現(xiàn)形式主要有以下幾種。

（1）正常啟動(dòng)空調(diào)后有通風(fēng)但無(wú)制冷，此故障多為空調(diào)控制板內(nèi)溫度光耦元器件故障導(dǎo)致。有研究表明，根據(jù)空調(diào)溫度采集原理以及對(duì)故障板件的檢測(cè)維修，發(fā)現(xiàn)由空調(diào)控制板導(dǎo)致的不制冷故障通常為低壓差線性穩(wěn)壓器LT1121 或光耦HCPL7800失效[1]，如圖5所示。

圖5 空調(diào)控制板溫度光耦

圖6 空調(diào)控制板板載繼電器

（2）啟動(dòng)空調(diào)后報(bào)供風(fēng)調(diào)節(jié)器故障，此故障多為空調(diào)控制板內(nèi)溫度光耦元器件、板載繼電器等元器件故障導(dǎo)致，如圖6所示。

（3）報(bào)通風(fēng)裝置故障，此故障多為空調(diào)控制板內(nèi)電阻片故障導(dǎo)致，其中電阻片故障包括電阻片阻值異常、電阻片引腳脫焊等，如圖7所示。

（4）啟動(dòng)空調(diào)后出現(xiàn)空調(diào)圖標(biāo)打問(wèn)號(hào)，相應(yīng)空調(diào)機(jī)組不工作，此故障多為空調(diào)控制板內(nèi)濾波電容故障導(dǎo)致，常見(jiàn)故障原因?yàn)闉V波電容被擊穿，如圖8所示。

1.2.4 供風(fēng)溫度傳感器類(lèi)故障

該類(lèi)故障主要原因?yàn)樵摬考诩艽笮逈](méi)有進(jìn)行更換、檢測(cè)，大部分運(yùn)用時(shí)間已超10年，目前該部件主要故障為傳感器與插頭接觸不良及熱敏電阻故障。

圖7 空調(diào)控制板電阻片

圖8 空調(diào)控制板濾波電容

2 故障攻關(guān)

針對(duì)上述慣性故障，除分析故障原因外，還采取了多種手段、措施對(duì)故障進(jìn)行攻關(guān)，包括優(yōu)化供風(fēng)調(diào)節(jié)器行程開(kāi)關(guān)調(diào)整方法、開(kāi)展空調(diào)控制板專(zhuān)項(xiàng)維修、故障集中排查并處理等手段，以達(dá)到有效降低故障率的目的。

2.1 供風(fēng)調(diào)節(jié)器行程開(kāi)關(guān)調(diào)整方法優(yōu)化

針對(duì)供風(fēng)調(diào)節(jié)器故障，該線與其他線路進(jìn)行了技術(shù)交流，優(yōu)化了行程開(kāi)關(guān)調(diào)整的方法。設(shè)置風(fēng)門(mén)導(dǎo)通位置，將風(fēng)門(mén)在靠近最大位置時(shí)導(dǎo)通，然后將風(fēng)門(mén)從最大位置往關(guān)斷方向調(diào)整2～3 小格，要求檢測(cè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，調(diào)整后用軟件進(jìn)行驗(yàn)證。

2.2 開(kāi)展空調(diào)控制板專(zhuān)項(xiàng)維修

針對(duì)空調(diào)控制板故障，與電子維修部進(jìn)行合作，推進(jìn)空調(diào)控制板專(zhuān)項(xiàng)維修項(xiàng)目，主要計(jì)劃更換光耦、軸流風(fēng)扇、繼電器、風(fēng)扇支架等零部件。現(xiàn)已完成部分列車(chē)的空調(diào)控制板維修，并通過(guò)周轉(zhuǎn)進(jìn)行替換，記錄唯一碼，裝車(chē)進(jìn)行狀態(tài)跟蹤。

2.3 故障集中排查并處理

車(chē)輛4 月系統(tǒng)修主要內(nèi)容為空調(diào)專(zhuān)項(xiàng)維修，因此針對(duì)空調(diào)慣性故障提前進(jìn)行了部署，包括以下幾項(xiàng)：

（1）提前通過(guò)打空調(diào)測(cè)試模式進(jìn)行試驗(yàn)和故障摸查，并記錄車(chē)輛屏空調(diào)故障、實(shí)際車(chē)廂體感；

（2）對(duì)各列車(chē)近半年重復(fù)空調(diào)故障進(jìn)行記錄，并安排重點(diǎn)處理，有效防止故障重復(fù)出現(xiàn)；

表1 故障摸查情況截取

（3）采購(gòu)檢漏儀（原來(lái)使用肥皂水或泡沫噴劑）對(duì)空調(diào)管路、接頭進(jìn)行泄漏探測(cè)，高效發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)并及時(shí)處理。

2.4 故障率比較

2018 年4 月，空調(diào)系統(tǒng)修集中進(jìn)行故障排查，發(fā)現(xiàn)冷卻回路、空調(diào)控制板、供風(fēng)調(diào)節(jié)器、溫度傳感器等空調(diào)故障,2017 年增加約60%。在此后半年中，空調(diào)故障率總體呈下降趨勢(shì)，其中冷卻回路、供風(fēng)調(diào)節(jié)器故障下降約20%，但空調(diào)控制板、溫度傳感器等故障仍然頻發(fā)，總體故障下降約8%。

3 優(yōu)化措施

綜合上述，在采取故障攻關(guān)及故障集中排查后，空調(diào)故障率有所下降，但仍有優(yōu)化空間。此外，據(jù)研究，空調(diào)系統(tǒng)能耗占列車(chē)總運(yùn)行能耗30%以上[2]，節(jié)能也是后續(xù)的重點(diǎn)優(yōu)化方向。

針對(duì)空調(diào)故障，后續(xù)優(yōu)化措施如下。

（1）在試點(diǎn)采用檢漏儀后，冷卻回路故障發(fā)現(xiàn)的效率明顯提高，因此在后續(xù)可加大采購(gòu)檢漏儀，推廣使用，專(zhuān)項(xiàng)修進(jìn)行檢漏，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理泄漏點(diǎn)。

（2）可在每年系統(tǒng)修專(zhuān)項(xiàng)進(jìn)行高低壓管壓力檢測(cè)，判斷是否需要補(bǔ)加雪種，減少需臨時(shí)斷電登頂處理的情況。

（3）供風(fēng)調(diào)節(jié)器故障有一定改善，但仍不可控，后續(xù)可按周期統(tǒng)一調(diào)節(jié)供風(fēng)調(diào)節(jié)器，減少需臨時(shí)斷電登頂處理的情況。

（4）供風(fēng)溫度傳感器故障率呈上升趨勢(shì)，建議在架大修統(tǒng)一對(duì)供風(fēng)溫度傳感器及其連接插頭進(jìn)行檢測(cè)、更新或進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)維修。

（5）張永東[3]指出，該動(dòng)車(chē)組通過(guò)成立夏季空調(diào)整修小組，負(fù)責(zé)空調(diào)專(zhuān)項(xiàng)整修以降低夏季空調(diào)故障率，并組織應(yīng)對(duì)正線空調(diào)故障，該措施也值得地鐵車(chē)輛參考；關(guān)政[4]指出，夏季、冬季空調(diào)的工況存在差異，出現(xiàn)的故障情況也有所不同，因此在不同季節(jié)應(yīng)更有針對(duì)性、側(cè)重性。

針對(duì)節(jié)能，后續(xù)優(yōu)化措施如下。

（1）通過(guò)減小回風(fēng)口蓋板阻力，增大送風(fēng)喉部尺寸、清洗過(guò)濾網(wǎng)等措施，使風(fēng)機(jī)盤(pán)管送風(fēng)量最終滿(mǎn)足節(jié)能運(yùn)行的要求，增強(qiáng)了風(fēng)機(jī)盤(pán)管的送風(fēng)效果[5]。通過(guò)各種方式、手段提升送風(fēng)效果，以達(dá)到節(jié)能的目的。

（2）董書(shū)蕓[6]指出，冬季工況為寒冷地區(qū)地鐵通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能重點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)較大程度的節(jié)能。目前，該型列車(chē)空調(diào)溫度旋鈕置于“自動(dòng)”位時(shí)，空調(diào)按UIC553溫度曲線計(jì)算的溫度值進(jìn)行制冷；當(dāng)將空調(diào)溫度旋鈕置于19 ℃、21 ℃、23 ℃、25 ℃、27 ℃時(shí)，空調(diào)按設(shè)定的固定溫度值進(jìn)行制冷[7]。UIC553設(shè)定點(diǎn)曲線定義為：

當(dāng)外部溫度 （text） ＜19 ℃ ，設(shè)定值t=22 ℃ ；當(dāng)text ≥19 ℃ ，設(shè)定值 t=22+0.25 （text-19）。

在冬天時(shí)，在外部溫度低于19 ℃時(shí)，空調(diào)設(shè)定值22 hC，該溫度偏低；可考慮在溫度較低的一段時(shí)期內(nèi)將列車(chē)溫度統(tǒng)一設(shè)置為25 ℃，減少空調(diào)制冷啟動(dòng)。

（3）周陽(yáng)[8]指出，定新風(fēng)量運(yùn)行會(huì)造成能源的浪費(fèi)，根據(jù)載客量變化改變新風(fēng)量大小是可行的節(jié)能措施，而且在冬季變新風(fēng)量會(huì)有更大的節(jié)能潛力。目前地鐵空調(diào)普遍為定新風(fēng)量，可考慮在后續(xù)進(jìn)行變新風(fēng)量的研究。

4 結(jié)束語(yǔ)

本研究通過(guò)檢修方式的優(yōu)化及對(duì)重點(diǎn)故障的攻關(guān)，包括采用多種方式、手段進(jìn)行故障排查、處理，開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)修、故障攻關(guān)等，有效減低了重點(diǎn)故障的故障率及空調(diào)的整體故障率。最后，在研究的基礎(chǔ)上提出了后續(xù)空調(diào)系統(tǒng)檢修方式及節(jié)能降耗的優(yōu)化措施。