城市地铁列车空气压缩机故障分析及解决措施

城市地铁列车空气压缩机故障分析及解决措施

袁马培

深圳市地铁集团有限公司广东.深圳518000

摘要:本文针对地铁列车发生的空调压缩机低压故障,从制冷剂泄漏、环境温度电流检测等方面进行分析,并提出故障整改措施,从而确保列车的运营质量。

关键词:地铁列车；空调;压缩机;故障;整改措施

随着我国基础设施建设规模的不断扩大，我国的轨道列车工程得到了飞速发展。城市地铁空调系统自投入运用以来运行状态良好，给乘客提供了舒适的车厢环境，但从前期的调试和近年来的运用检修来看，也存在一些常见的故障，深圳地铁3号线曾有一趟列车因空调故障停运，还有的列车冷到不行，乘客体质弱的容易感冒；有的车厢太闷，感觉通风口坏了……近期气温升高，虽然全网络地铁列车都已完成了空调的例行保养和清洗，并全面开启，但天气炎热后，空调频繁运转，温度高低差、通风口风量大小等问题仍存在。下文阐述空调系统故障案例，并提出合理建议，以有效解决空调系统运用过程中的故障，降低空调系统故障率和维护检修成本，优化、提高车辆空调服务质量。

1.故障现象

某地铁列车突然大面积出现空调黄点的故障，给正线运营服务质量带来很大影响，也给车辆检修带来较大的压力，具体故障见表1：

根据列车空调控制软件的设计，如15min内机组低压故障次数累计超过3次时，将锁死故障并显示故障。出现故障时，列车HMI(车辆显示屏)显示空调黄点，空调机组控制屏的PLC上显示空调机组某个“压缩机低压故障”，如图1所示。检查空调柜相关接线正常，通风制冷正常，对空调机组进行复位后黄点消失。

图1故障时PLC故障数据

2.问题分析及故障查找

2.1问题分析

根据不同外界环境下对客室空气温度的要求不同，该列车的空调通常以UIC553标准的要求来自动进行控制，制冷执行UIC553曲线目标温度值即Tu值:Tu-(外温一19)&pide;4+220C空调机组压缩机启动条件如下：

a.客室温度To+1.50C，客室制冷目标温度TU=(T-190C)/4+220C，T为外界温度;b.To≥190C，T≥190C。

低压压力开关是为了防止压缩机吸气压力异常降低而设置，气体从压缩机总吸气管分出流向压力开关。如果由于制冷剂泄漏或环境温度过低等原因造成压缩机吸气压力过低，此压力开关切断压缩机上作电路令其停止，待压力上升时，压力开关自动复位。

因此，出现空调“压缩机低压故障”的原因可能由制冷剂泄漏或环境温度过低导致。

2.2故障查找

2.2.1制冷剂问题检测

在列车技术规格书的制定及合同谈判过程中，对空调的设计提出过明确的要求:“通过其控制可实现客室通风、预制冷、制冷、紧急通风功能，并根据运行条件自动调竹制冷量大小”。加之列车运营一年多的时间，因此对于空调频繁出现“压缩机低压故障”的原因，首先考虑可能是因为制冷剂的泄漏或制冷剂不足导致。

通过对空调机组制冷剂泄漏情况检测，发现确实存在针阀阀芯松动造成制冷剂泄漏的情况，其中针阀松动导致制冷剂泄漏后报“压缩机低压故障”6起，力开关松动造成制冷剂泄漏报“压缩机低压故障”1起。

2.2.2压缩机工作电流的测试

因制冷剂泄漏的问题导致“压缩机低压故障”的数量远低于空调出现的故障数量。排除制冷剂泄漏的问题后，对所有列车的压缩机的工作电流进行了测试，发现绝大多数列车空调压缩机的工作电流均在8A以上，在正常工作范围内。只有个别机组压缩电流在7.5--7.9A之间，由于当时是冬季，也属于正常范围。

为进一步查找故障，对出现“压缩机低压故障”且机组压缩电流在7.8A左右的4列车采取了补充制冷剂进行跟踪观察。补充制冷剂后，列车运营了一周左右的时间，再次出现“压缩机低压故障”，因此排除制冷剂不足导致“压缩机低压故障”的可能性。

2.2.3环境温度检测

排除制冷剂的问题，导致“压缩机低压故障”的最大可能就是环境温度过低。安排人员对正线运营的列车实时温度进行了测量，在冬季，隧道气温较高，根据压缩机启动条件及故障发生的时间段分析，客室内确实存在制冷需求(外温190C,客室温度23.50C)。根据压缩机启动条件:客室温度To≥T+1.50C(T为外界温度)，制冷目标温度Tu=220C+(T-190C)/4;外温在190C，客室温度在23.50C时，空调运行在半冷状态，压缩机启动，但当时处于冬季，外温不会变化太大，所以压缩机运行基本上在临界状态，处于不断启动、停止的状态。图2是在正线运行时拍摄的空调机组显示状态。

为模拟正线空调的工作状态，在库内进行了试验，当外界温度为19.5℃时，将库内列车的空调控制柜内温度传感器断开，直接接人一个温度传感器，人为升高客室内感应温度，启动空调机组。模拟测试结果如下:

①压缩机运行电流检查:运行电流9.3A

②根据控制原理，模拟空调机组首次启动运行状态:空调机组一首次启动运行3min，停7min再次启动压缩运行2min，停3min后再次启动压缩机运行，空调机组未出现低压故障报警。

③模拟出现低压故障后再次启动:空调机组强冷运行10min，断开压缩机低压信号，人为制造低压故障，30s后重新接好低压信号，让空调机组自动运行开启压缩机，3min后压缩再次启动运行，未出现低压故障报警信号。

2.3故障判断

该列车空调的工作原理主要是利用制冷剂液体气化、气体液化的相变过程来吸收室内空气的热量，并将此部分热量输送到室外大气中的过程，如图2所示：

图2空调工作原理

制冷工作过程(见图4)如下:

1---2:从蒸发器出来的低温低压(制冷剂)蒸气通过版缩机压缩后，转变成高温高压气体进入冷凝器。

2——3:高温高压的制冷剂气体经过冷凝器时，被环境空气(或水)冷却，制冷剂蒸气放热量后被冷凝成高温高压的液体。

3---4高温高压的液体经过节流阀(膨胀阀)节流变成低温低压的液体进入蒸发器。

4——1:低温低压的液体流经蒸发器时，吸收被冷却物质(如客室内外的空气)的热量，而蒸发汽化成低温低压的蒸气后被压缩机吸入。

上述4个过程不断进行，循环不已，制冷设备就能不断地吸收被冷却物质的热量。当其中任一部分出现故障时，制冷循环就将受到影响甚至中断。

该空调压缩机启动时容易出现低问题，其控制程序中对压缩机低从的要求如下:

①首次启动屏蔽前7min压缩机低压故障，低压故障后，压缩机停机2min，并记录故障次数1次，如2min后压力开关仍未恢复，则锁死故障并显示故障，如2min内保护装置恢复，压缩机继续正常运行。

②压缩机低压故障停机后，从故障恢复压缩机再次启动开始计时，如2min内再次发生低压故障，则锁死故障;如2一15min之间再次发生低压故障，则低压故障次数加1，如15min内机组未发生低压故障，则将低压故障次数清0。

③机组低压故障次数累计为3次时，锁死故障并显示故障。

根据故障记录和当时的环境温度，仄缩机首次报“低压故障”与首次启动的时间间隔较长，由于外温较低，室内温度也较低(刚好在临界状态空调机组制冷系统内的制冷剂会大量迁移到冷凝器中，机组制冷状态接近首次运行时状态，这样空调启动时就导致低压偏低，且压缩机第2次启动后，运行低压没有延时屏蔽，故压缩机运行几秒就停机并报故障，制冷系统没有充分预热，导致再次启动也会报“低压故障”。从而导致连续3次出现“低压故障”后锁死故障并通过MVB网络，发送给VCU，然后在HMI上显示出来。

由此可以判断，空调机组频繁出现“低压故障”是由于空调控制软件规范低振故障的控制逻辑时，未充分考虑该列车的实际运行环境，对压缩机较长时间段内工作在临界状态的情况考虑不足的原因导致的。

3.处理措施及效果

为了避免空调机组出现上述原因导致“低压故障”引起列车HMI上出现空调黄点报警问题，对空调控制程序中的压缩机低压故障逻辑进行了相应的修改:“保持首次启动低压屏蔽时间不变动，增加首次启动后压缩铸次启动均增加低压屏蔽2min的控制要求”。

该空调机组的制冷系统没有装液管电磁阀，系统始终处于相通状态，压缩机不会出现抽真空现象损坏涡旋盘，且低压锁死故障程序没有改变，所以低压保护作用没有改变。因此，增加每次启动低压屏蔽时间对压缩机使用寿命没有影响。

从2012年2月13日起对所有空调机组的控制软件进行了更新，更新后再未出现此类因气温低导致的虚假故障。

4.结语

通过对空调机组进行系统的排查，一方面消除了长期存在但未被发现的制冷剂泄漏的故障隐患;另一方面通过对空调控制软件进行升级，消除了假性低压故障引起列车HMI上出现低压黄点报警的故障，确保了列车空调系统的正常工作，也为以后新购列车的空调控制软件的设计提供了参考依据。