城軌車輛緊急通風(fēng)逆變器啟動(dòng)問(wèn)題分析及改進(jìn)

杜昭童

（中車成都機(jī)車車輛有限公司 技術(shù)部，工程師，四川 成都 610051）

城軌車輛緊急通風(fēng)系統(tǒng)是空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分，當(dāng)城軌車輛在緊急情況下無(wú)法從接觸網(wǎng)取電時(shí)，車輛無(wú)法產(chǎn)生輔助AC380V電源，會(huì)導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)停止工作，車輛無(wú)法產(chǎn)生新風(fēng)，在封閉的車廂空間內(nèi)會(huì)導(dǎo)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(fēng)逆變器，將車輛蓄電池（DC110V）逆變?yōu)锳C380V電源供空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)使用。

在車輛的試運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)車輛緊急通風(fēng)逆變器啟動(dòng)存在問(wèn)題，故障現(xiàn)象具體描述為：當(dāng)車輛不通高壓電（DC1500V）時(shí)，通過(guò)車輛人機(jī)界面（HMI）顯示屏集控啟動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)，經(jīng)延時(shí)檢測(cè)車輛三相電源缺失后會(huì)自行啟動(dòng)緊急通風(fēng)，現(xiàn)車經(jīng)延時(shí)后發(fā)現(xiàn)個(gè)別車緊急通風(fēng)不啟動(dòng)，空調(diào)機(jī)組報(bào)出無(wú)運(yùn)行反饋，且不啟動(dòng)問(wèn)題隨機(jī)出現(xiàn)。

1 工作原理分析

1.1 軟件控制邏輯

針對(duì)以上問(wèn)題，首先對(duì)設(shè)備工作原理進(jìn)行分析，對(duì)啟動(dòng)緊急通風(fēng)的控制程序進(jìn)行核查，緊急通風(fēng)下的軟件控制邏輯［2］，通常為：?jiǎn)?dòng)上電判斷滿足啟動(dòng)條件后，輸出逆變器啟動(dòng)信號(hào)持續(xù)20s（根據(jù)具體項(xiàng)目可調(diào)），為避免超時(shí)自檢在逆變器上電運(yùn)行15s時(shí)進(jìn)行逆變器運(yùn)行反饋檢測(cè)，每次檢測(cè)函數(shù)會(huì)檢測(cè)30次（每次延時(shí)100ms）。如果第一次運(yùn)行反饋（逆變器運(yùn)行18s后）檢測(cè)空調(diào)沒(méi)有檢測(cè)到反饋信號(hào)，則撤銷啟動(dòng)信號(hào)（斷開逆變器啟動(dòng)），間隔2s后，再次輸出逆變器運(yùn)行信號(hào)進(jìn)入第二次反饋檢測(cè)；如果第二次運(yùn)行反饋檢測(cè)（逆變器再運(yùn)行20s后，整個(gè)過(guò)程約40s），還沒(méi)接收到逆變器運(yùn)行反饋信號(hào)，即上報(bào)逆變器無(wú)運(yùn)行反饋故障。

空調(diào)機(jī)組的正常通風(fēng)與緊急通風(fēng)切換時(shí)間為15s，即關(guān)閉所有正常通風(fēng)的相關(guān)接觸器，新風(fēng)閥開啟，回風(fēng)閥關(guān)閉，然后延時(shí)15s開啟緊急通風(fēng)的接觸器，緊急通風(fēng)接觸器正確閉合后，輸出逆變器運(yùn)行信號(hào)，軟件邏輯如圖1所示。

圖1 軟件控制邏輯

緊急通風(fēng)逆變器停止觸發(fā)條件：

當(dāng)緊急通風(fēng)時(shí)間達(dá)到45min，將退出緊急通風(fēng)模式［3］。

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

集控模式下實(shí)時(shí)檢測(cè)到TCMS網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的SIV正常數(shù)量，當(dāng)SIV正常數(shù)量大于0且AC380V電源恢復(fù)正常時(shí)，停止緊急通風(fēng)。

控制器接收到“停止”指令時(shí)，空調(diào)機(jī)組停機(jī)。

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(hào)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：?jiǎn)?dòng)、運(yùn)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(hào)給逆變器（X1:B6），在逆變器有故障時(shí)，逆變器內(nèi)部控制板的繼電器K1閉合，發(fā)送“+DC24V”電壓信號(hào)（X1:B5）給空調(diào)控制柜；在逆變器正常運(yùn)行時(shí)，逆變器內(nèi)部的繼電器斷開，逆變器不會(huì)發(fā)送故障信號(hào)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(guò)車內(nèi)線槽和車體空腔走線至車下的緊急通風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行作業(yè)。

2 原因分析

2.1 軟件原因

針對(duì)此故障，首先對(duì)控制軟件進(jìn)行了核查，確認(rèn)軟件啟動(dòng)邏輯及指令發(fā)出均符合設(shè)計(jì)要求［4］，核對(duì)控制指令及反饋指令的觸發(fā)時(shí)間，確定空調(diào)控制器準(zhǔn)確發(fā)出了啟動(dòng)緊急通風(fēng)信號(hào)輸出給逆變器，但是逆變器沒(méi)有正確的反饋出運(yùn)行信號(hào)，因此初步懷疑是由于線路問(wèn)題導(dǎo)致，隨后對(duì)硬線線路進(jìn)行檢查。

2.2 硬件原因

校線和絕緣測(cè)試檢查發(fā)現(xiàn)線路導(dǎo)通良好，無(wú)接地和短路現(xiàn)象，結(jié)合多次測(cè)試故障觸發(fā)的隨機(jī)性和不規(guī)律的特點(diǎn)，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(yùn)行時(shí)故障輸出線（X1:B5）（6203號(hào)線）對(duì)空調(diào)“-DC24V”存在幅值50V（設(shè)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(hù)。

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(yàn)證［5］：

外接一根DC24V負(fù)線，挑出故障信號(hào)6203號(hào)線空調(diào)端，用示波器電壓鉗測(cè)量6203號(hào)線和外接負(fù)線發(fā)現(xiàn)逆變器運(yùn)行時(shí)，6203號(hào)線存在嚴(yán)重雜波，說(shuō)明干擾來(lái)自6203號(hào)線周圍電磁干擾。

外接一根DC24V正線替代6203號(hào)線，從T3：78點(diǎn)外接至逆變器控制板X1/B6點(diǎn)，此時(shí)驗(yàn)證逆變器可正常工作，無(wú)故障報(bào)出，且示波器測(cè)量無(wú)雜波，確定了干擾來(lái)自6203號(hào)線。

從電磁兼容方面來(lái)分析，逆變器的交流輸出線路、車上其他設(shè)備的線路，都可能是干擾源，交流信號(hào)與直流信號(hào)一般要分開走線，或作屏蔽處理。而逆變器的故障輸出信號(hào)，是一個(gè)DC24V直流信號(hào)，當(dāng)逆變器正常運(yùn)行時(shí)，此6203號(hào)線信號(hào)相當(dāng)于在逆變器端懸空，極易受到干擾。

3 解決對(duì)策

針對(duì)以上問(wèn)題，制定了以下3種方案來(lái)進(jìn)行全面解決，并分別對(duì)此進(jìn)行了驗(yàn)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(yàn)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(fēng)逆變器可以正常工作，空調(diào)未報(bào)出故障，用示波器測(cè)量6203號(hào)線和DC24V負(fù)線有微弱雜波，不會(huì)導(dǎo)致誤報(bào)故障。

②在空調(diào)故障信號(hào)接收端進(jìn)行濾波處理。

經(jīng)現(xiàn)車驗(yàn)證，在車上故障信號(hào)接收點(diǎn)（T3：78腳）與車體外殼間加濾波電容（330nF），緊急通風(fēng)逆變器可以正常工作，空調(diào)未報(bào)出故障，用示波器測(cè)量6203號(hào)線和DC24V負(fù)線之間無(wú)雜波。

③在緊急通風(fēng)逆變器內(nèi)故障信號(hào)發(fā)出端作濾波處理。

經(jīng)現(xiàn)車驗(yàn)證，在緊急通風(fēng)逆變器內(nèi)部的故障信號(hào)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(fēng)逆變器可以正常工作，空調(diào)未報(bào)出故障，用示波器測(cè)量6203號(hào)線和DC24V負(fù)線之間無(wú)雜波。

4 處理措施

對(duì)已經(jīng)制造完成的車輛，采取了解決對(duì)策中的方案③增加濾波電容；對(duì)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(yù)防干擾的產(chǎn)生。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，方案中所選用的濾波電容型號(hào)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(guò)電壓沖擊，且此電容即使失效后，也不會(huì)導(dǎo)致電擊的產(chǎn)生，不會(huì)危害人身安全。

同時(shí)，緊急通風(fēng)逆變器正常反饋信號(hào)電路與故障反饋信號(hào)電路一致，為避免正常反饋信號(hào)也出現(xiàn)干擾問(wèn)題，在緊急通風(fēng)逆變器控制板JP6：4腳和JP7：2腳之間，也增加一個(gè)濾波電容，如圖4標(biāo)記處所示。

圖4 增加濾波電容后原理圖

處理后實(shí)物圖如圖5所示，經(jīng)現(xiàn)車測(cè)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(shí)物圖

5 結(jié)論

通過(guò)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(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的緊急通風(fēng)逆變器不啟動(dòng)問(wèn)題，使設(shè)備能夠正常運(yùn)行，降低了故障率，對(duì)車輛的運(yùn)營(yíng)和后續(xù)檢修提供一定輔助參考。