地鐵大客流引起總風欠壓故障分析及對策

陳 旭

（克諾爾車輛設備（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215151）

地鐵車輛在某些站點載客量急劇增加時，為了維持車輛地板面的平穩和高度會造成空氣彈簧的巨大耗風，由此導致車輛總風管路的壓力降低。當總風壓力超出正常范圍后對應的壓力開關觸發低壓信號，車輛據此信號自動施加緊急制動。只有總風壓力達到壓力開關的設定值牽引封鎖才能解除。此外，總風管路的意外破損漏風也會導致總風欠壓。因此在車輛實際運營中，如發生總風欠壓故障，會導致運營秩序受到影響［1-3］。

文中對南京地鐵3 號線空載列車運行至大站（柳洲東路站）載客時出現的總風欠壓故障導致緊急制動施加且牽引封鎖無法短時間內解除現象進行了深入分析和研究，提出導致總風欠壓問題的解決措施并進行了分析和驗證。

1 車輛系統管路用風配置

常規車輛的空壓機以CAN 單元為基礎進行配置，基于本項目6 列車2 個CAN 單元編組（Tc+Mp+M=M+Mp+Tc）的特點，每個CAN 單元在Tc 車 上 配 備1 臺 空 壓 機，1 列 車 共2 臺。1 個CAN單元內制動系統管路關系如圖1 所示。1 列車的總風管路通過2 個CAN 內M 車車端總風接口連接。

圖1 列車用風管路及設備配置圖

空壓機輸出的空氣通過總風管路輸送到全列車的總風缸，從總風管路連接支路通過輔助控制模塊的溢流閥和單向閥進入各節車的懸掛風缸（包括空氣彈簧）和制動風缸。當總風管路壓力小于6.7 bar 時，空壓機的風源優先充滿總風缸和制動風缸，且通往制動風缸的支路有單向閥，確保即使總風壓力突然降低也不影響制動用風的需求，保證列車有足夠的制動能力。當總風壓力高于6.7 bar 時溢流閥打開，懸掛風缸和空氣彈簧開始充氣，直到整車壓力達到設計需求9.5 bar（系統設計總風壓力7.5～9.5 bar），空壓機停止工作。

當總風壓力低于7.0 bar 時，牽引封鎖的壓力開關閉合，TCMS 接收到總風低信號施加緊急制動，牽引被封鎖，車輛無法移動；當總風壓力高于8.0 bar 時，牽引封鎖的壓力開關斷開，TCMS 發出牽引封鎖解除信號。

2 問題發生及解決

2.1 問題發生

工作日早高峰南京地鐵3 號線會安排空載列車運行至大站（柳洲東路站）載客，此時會出現列車總風壓力低于7.0 bar 施加緊急制動的情況。列車2 臺空壓機開始同時工作，約2 min 后總風壓力達到8.0 bar。但只有當總風壓力大于8.4 bar 才會取消牽引封鎖，列車才能正常牽引列車。此類問題已經出現多次。

2.2 問題分析

2.2.1 載客量急劇變化影響

從上述故障問題的整理可以看出，此類故障由2 個因素造成，即大客流進入車輛導致車輛地板面下降，為了維持地板面和站臺高度的一致，需要更大的空氣彈簧壓力，必然消耗總風壓力，導致總風壓力低于牽引封鎖壓力開關的設定值，車輛施加緊急制動；另一個則是車輛配置的空壓機在總風壓力低于設計范圍時及時工作，但是當總風壓力高于壓力開關的設定值時，車輛的牽引封鎖并沒有因此解除，首先鎖定壓力開關故障導致TCMS無法接收相關信號，其次考慮TCMS 是否按照設計要求發送相關指令。由于壓力大于8.4 bar 車輛可以牽引列車，則不需考慮制動系統是否按照指令執行緩解制動及牽引系統能否正常啟動。

查看故障時間區段TCMS 記錄的總風壓力曲線和載荷曲線關系，如圖2 所示。圖2 中可以看出當乘客大規模進入車內，車輛載荷在較短時間內急劇變化，增加約130 t，結合車輛設計數據得知車輛AW0 質 量 約 為210.5 t，AW3 為365.5 t，也 就 是說車輛載荷在短時間內從AW0 急劇上升到AW3，導致空氣彈簧短時間內耗風量巨大，從而導致總風壓力持續下降，載荷的急劇增加和總風壓力的急劇下降是對應的，當總風壓力下降到6.66 bar，低于壓力開關的7.0 bar 設定值時，壓力開關閉合，TCMS 接收到總風壓力較低的相關信號，為了保證車輛的安全運營施加緊急制動，同時牽引系統封鎖。

圖2 總風壓力和載荷隨時間關系

從制動系統角度分析車輛用風設備耗風量，得到不同工況下系統耗風量示意圖，如圖3 所示。從圖3 中可以看出，大客流導致的空氣彈簧壓力的變化占據整個系統耗風量的絕大部分，這也是符合故障特征的。

圖3 列車主要用風設備耗風量示意圖

2.2.2 總風壓力恢復正常無法牽引列車

按照車輛制動系統的設計要求，當總風壓力低于7.5 bar 時，從圖2 可以看出2 臺空壓機同時啟動快速補充系統總風壓力，約2 min 后總風壓力達到8.0 bar 左右，但是車輛依然無法牽引引車。考慮到當總風壓力達到8.4 bar 時，壓力開關動作，TCMS 發出牽引封鎖解除信號，車輛可以牽引列車，據此可以排除壓力開關的問題。查看TCMS軟件設置，發現軟件里面設定的是8.4 bar 才能復位信號。由此可以鎖定故障來源于TCMS 軟件相關參數的設定。從上述分析可以看出在項目設計之初缺乏對后續可能故障的預測和考慮，壓力開關設定值沿用南京地區習慣設定范圍，同時TCMS 在做相關邏輯設計時也沒有充分考慮該項點，一直沿用既有項目的設定值，也沒有充分考慮到線路存在大客流進站的現象。

2.3 解決措施及驗證

結合上述分析，在既有壓力開關不變動的情況下只要修改軟件的相關參數，確保和壓力開關的設定參數一致，即可解決TCMS 發出牽引封鎖解除信號的觸發信號壓力值和壓力開關動作值不同步的問題。此舉從制動系統頂層功能考慮并不會影響車輛的使用性能，反而是優化了車輛在大客流情況下的可使用性，相當于讓車輛在總風達到8.0 bar 時就可以提前牽引列車無需等到8.4 bar再牽引列車，且此時制動風缸的風壓也至少8.0 bar，足夠滿足安全制動需要的風壓。但是結合車輛制動系統的設計原理以及運營線路的大客流特性和車輛的可用性，文中試圖從車輛的初始設計上解決此類問題。

從上文可知，系統總風壓力設定范圍為7.5～9.5 bar，壓力開關設定值是7.0～8.0 bar，懸掛風缸的溢流閥是6.7 bar。由圖1 可知，只要總風壓力大于溢流閥設定值，空壓機的新出風量就會有部分先分流到懸掛風缸，無法優先滿足總風和制動風缸，導致總風壓力較長時間才能達到壓力開關的動作設定值。如果在總風壓力高于或者接近溢流閥設定值前就讓壓力開關動作，則可以從根本上縮短總風恢復和牽引封鎖解除的時間。基于此，提出了一種更加徹底的解決辦法：將壓力開關的設 定 值 調 整 到6.0～6.5 bar 或 者6.0～7.0 bar。這樣可以讓車輛盡早移動，避免出現長時間地占用運營區間，導致后續列車無法準時進站。同時也實現了空車進站盡快完成乘客輸送的初衷。

針對上述問題的解決措施，在部分列車上進行壓力開關的更換，使用6.0～7.0 bar 壓力開關，同時調整TCMS 發出牽引封鎖信號的觸發參數也為7.0 bar，這樣相當于讓制動風缸和總風壓力維持在7.0 bar 時就可以牽引列車。通過制動計算和耗風量估算軟件計算，車輛在AW3 時Mp/M 車的緊急制動壓力都為4.0 bar，Tc 車緊急制動壓力為3.7 bar，制動風缸壓力從7.0 bar 開始連續施緊急制動壓力下降到4.5 bar 時，可以施加至少4 次緊急制動。此時的制動風壓既足夠保證車輛安全又可以提前牽引列車，減少牽引封鎖后故障時間。此方案在早高峰正線進行試驗和跟蹤觀察記錄，經過一年多的運營觀察記錄再也沒有出現上述故障。

3 結 論

針對南京地鐵3 號線出現大客流導致車輛施加緊急制動且牽引封鎖現象，通過對故障的分析并結合原始設計參數，提出相關建議和解決措施并進行相關驗證，結果表明提出的整改措施可以從根本上杜絕此類問題的發生。在后續項目的制動系統設計中，應合理設置控制參數，提高車輛可用性，避免出現此類影響運營秩序的故障。