地鐵車輛正線總風壓力嚴重不足故障應急處置的研究

文／武漢地鐵運營有限公司 張維久 邵鵬 呂永鑫

地鐵載客量大、行車密度高、安全準點，這些特點讓地鐵成為市民出行的首選交通工具，地鐵車輛一旦發生嚴重故障，行車中斷，將對正常行車帶來重大影響，及時高效地疏通正線是車輛故障情況下需要解決的首要問題，本文針對正線車輛總風壓力嚴重不足故障，探討更安全、快捷的處置方式。

1 研究背景

根據武漢地鐵2017年-2019年晚點延誤統計，信號故障占5分鐘以上晚點的45.5%，車輛故障占28.5%，信號、車輛故障是造成正線晚點延誤的主要原因。常見的影響車輛運行的故障有牽引故障、制動故障、車門故障、網絡故障、輔助供電故障等，車輛故障中，車輛制動不緩導致的無法動車故障是上述故障中處理難度高、對行車影響大、造成晚點時間最長的一種故障，嚴重情況下，可導致區間中斷運行半小時以上。

列車總風壓力不足，起停放制動是最復雜、難于處理的一種。列車起停放制動后，此時無法通過自身的風壓緩解制動。為縮短總風壓力低故障處理時間，特對連掛救援現場處置方案進行研究。

2 總風壓力嚴重不足故障判斷

車輛在正線運行時，出現總風壓力嚴重不足故障主要有兩個原因：（1）由于車輛電氣原因或空氣壓縮機本身故障，制動供風單元停止工作，隨著車輛運行，車輛總風壓力將逐漸降低，直至風壓嚴重不足，該故障發生時車輛一般會有故障預警，司機可以提前準備，第一時間進行清客，車輛退至存車線或者退回段場；（2）車輛風管路破裂損壞。可能的原因有管路安裝緊固不到位導致的管路接頭裂開、橡膠連接風管路老化破損和車下風管路接頭、塞門等受外部異物撞擊導致的管路漏風，此情況下，車輛風壓將急速下降，可能在幾十秒內起停放制動。本文主要針對第二種情況進行研究，判斷管路嚴重漏風有兩個方法：一是兩臺空壓機工作，但總風風壓持續下降；二是車下是否有明顯的、連續的排氣聲。如符合上述條件，可以判斷車輛發生了總風壓力嚴重不足故障，需要立即采取措施。

3 應急處置

根據行車組織“先通后復”的原則，車輛故障處置以動車恢復正線運營為優先考慮因素。對空壓機故障或電氣故障導致的總風壓力低，要盡早發現，及時清客，盡快恢復動車。列車如發生風管路嚴重泄漏，司機需及時報告行調，并將車輛駕駛至最近車站清客并申請救援，駕駛中，司機盡量平穩駕駛，減少司控器的制動操作，減少耗風量，如車輛無法運行至下一車站，司機在區間停車后需安撫乘客，準備救援。

車輛發生較嚴重的風壓泄漏無法動車時，需先連掛，如果連掛后車輛的空氣泄漏量+空氣正常消耗量＜空壓機工作的供風量，總風壓力將上升。如穩定后的總風壓力大于緊急制動施加壓力，車輛停放制動、緊急制動將會緩解，可以動車；如總風壓力大于停放施加壓力小于緊急制動緩解壓力，停放制動可自動緩解，緊急制動可旁路緩解，具備動車條件，但因風壓較低，行車安全風險較大；如總風壓力低于停放施加壓力值，車輛不能自行緩解停放，需下區間手動隔離故障點兩端的塞門，特殊情況還需手動緩解停放制動缸，待停放緩解完成后動車。

通過直接連掛救援緩解制動是比較高效的處理總風壓力低故障的應急處理方法，在車輛連掛前，如果能夠提供一個較為準確的判斷標準，對提升故障的救援效率將有幫助。

4 總風泄漏量計算

假設車下泄漏截面面積為A，總風壓力為P bar，根據小孔泄漏模型計算，空氣泄漏率

—M為物質的摩爾質量(kg/kmol)=29*10-3

—γ為氣體絕熱系數=1.4

—R氣體常量，通常取8.314kJ/(kmol.K)

—T環境溫度

—Cd氣體排放系數，一般取值1.0

—A為泄漏孔面積(m2)

—P總風壓力

對應泄漏量為：Q0=B1*P*A kg/s

泄漏速度為：Q1=B2*P*Am3/min B2為體積換算后的常量，B2=B1/1.293*60；

假定車輛兩臺空壓機打風的速度為V1m3/min，車輛正常泄漏速度為V2m3/min，當車輛管路壓力穩定時，

如要緩解停放制動或緊急制動，則車輛總風壓力P需大于相應的停放制動施加臨界壓力Pp和緊急制動施加臨界壓力Pe（不同系統Pp、Pe有所差異，Pp一般為4bar，Pe一般為6bar左右）；如總風壓力低于臨界值，相應制動將無法自行緩解。車輛連掛情況下，空壓機打風速度為2V1m3/min，

從上述計算可以看出，列車發生嚴重空氣泄漏的情況下，兩臺空壓機同時打風，如果總風壓力能夠穩定在臨界壓力值1/2以上，車輛連掛后可以緩解相應制動。對常見的制動系統（低于6bar起緊急制動，低于4bar起停放制動），發生總風嚴重泄漏故障后，如果風壓能夠穩定在2bar以上，連掛救援可緩解停放制動，如果風壓能夠穩定在3bar以上，連掛救援可緩解緊急制動。如果風壓低于2bar，連掛后車輛將無法緩解停放制動，需要下車截斷空氣泄漏處前端的塞門或緩解相應停放制動缸。

5 實際案例

5.1 事件經過

2017年7月22日，武漢地鐵3號線C09車在惠濟二路站動車后，車速在70公里時，風速急劇下降。車輛到達趙家條2站臺時，TCMS顯示3、4、5、6車施加停放制動，1車雙針壓力表顯示總風為5bar，且壓力值快速下降，同時司機聽到車下有明顯排風的聲音，判斷為車輛風管破裂，后C09車通過連掛救援退出運營。

5.2 故障調查及改進措施

檢查發現C095車總風缸下部排污閥缺失，風缸接頭螺柱從根部斷裂（斷裂處外徑11.3mm，內徑6.5mm，壁厚2.4mm），斷裂處有明顯異物撞擊撕裂痕跡，總風缸空氣通過斷裂處直接排向大氣，在兩臺空壓機同時泵風的情況下，總風壓力還是不斷下降，并最終穩定在3.5bar左右。

為降低故障塞門被撞擊的概率及事故影響，后續車輛設計時，在塞門外增加了防撞保護裝置，同時，為減少塞門斷裂后的風壓泄漏，塞門接頭螺柱內徑從6.5mm減少到2.5mm。

6 總結

正線車輛管路漏風是常見的車輛故障，車輛發生嚴重漏風故障后，可以根據風壓表在泄漏后穩態下的風壓值做出應急判斷。同時，為降低風壓嚴重降低故障發生概率，提高應急處置效率，在車輛設計時需要考慮：（1）車下空氣管路及塞門設計時需考慮車下異物撞擊的可能性，特別要做好塞門的防撞保護，減少撞擊影響。（2）合理設計空氣管路布局，降低風管路接口處的應力，減少風管路斷裂的概率。（3）在車輛設計時應將易受撞擊影響的風管路、塞門等納入設計考慮因素。如發生意外泄漏，2臺空壓機工作應能夠將總風壓力穩定在0.5倍緊急制動施加壓力以上。（4）特殊情況下，司機需要下區間進行手動緩解停放，為便于操作，車輛設計時，停放制動緩解拉環宜采用雙側設置。