地鐵列車空調諧波濾波器故障質量原因分析及改進研究

鄧清云

（南寧軌道交通運營有限公司，廣西 南寧 530001）

1 空調原理分析

1.1 空調運行原理

目前，南寧軌道交通5條線路均采用B型地鐵列車，列車六輛編制結構為四動兩拖，每節(jié)車輛配置兩臺變頻空調機組，每臺空調機組具有兩套獨立的制冷回路，各車輛之間空調功能不會相互影響。輔助逆變器提供的AC380V電源經(jīng)主回路開關（Q1）、空調控制盤接觸器（KM16）、熱磁斷路器（QM16），經(jīng)諧波濾波器、EMI濾波器先后濾波后，通過變頻器最終至空調壓縮機，實現(xiàn)空調制冷功能（圖1）。

圖1 空調機組電氣原理

1.2 諧波濾波器工作原理

諧波濾波器是用于濾除變頻器供電回路中諧波和雜波的裝置，結構由電感及電容等元件組合而成。其利用電磁感應及電抗器原理，在吸收系統(tǒng)中主要的諧波分量的同時，快速跟隨負載變化，具有抑制電流波動、吸收回路諧波的功能，同時抑制尖峰電壓，平滑電壓波形。電信號經(jīng)諧波濾波器處理后供給變頻器、壓縮機，實現(xiàn)保護變頻器、壓縮機正常運行的功能（圖2）。

圖2 空調機組電氣原理

2 空調機組諧波濾波器故障質量分析

2.1 確定諧波濾波器故障點

地鐵車輛空調機組諧波濾波器故障，對故障現(xiàn)場確認車輛屏顯示“MP1車HVAC 1-1變頻器故障”1號線主機組主回路Q1漏電保護開關斷開，確認MP1車有燒焦味并車廂冒出濃煙，列車到站清客退出運營服務，通過列車正常牽引運營繼續(xù)運行回庫，由于變頻器短路保護用的熱磁斷路器為運營后新增安裝，通信協(xié)議無該項內容報警，當器件保護時，網(wǎng)絡方面與變頻器故障共同使用一個數(shù)據(jù)位進行上報，本控制方面在HMI屏上相應“變頻器熱繼故障”，從而達到區(qū)分目的（如圖3所示）。

圖3 列車HMI屏故障信息

2.2 查找諧波濾波器故障原因

在經(jīng)過車輛檢修技術人員對車輛空調機組排查和分析之后，確定Q1斷路器為第1空調機組單元總斷路器，QM16為空調機組1系統(tǒng)1變頻保護熱磁斷路器，該斷路器均有反饋觸點信號接到控制器，當器件動作時，控制器檢測到對應反饋信號從而上報故障，因此需要檢查空調機組外部設備的狀態(tài)，重點觀察外觀狀態(tài)變化對其技術性能及工作狀態(tài)的影響。

（1）登頂對空調機組1進行檢查，打開蓋板確認機組變頻器1/2外觀狀態(tài)均正常，打開變頻器內部主電路板狀態(tài)正常，拆卸變頻器查看底部電容狀態(tài)正常，未有燒損現(xiàn)象。

（2）進一步對機組1系統(tǒng)1主回路部件進行排查，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)1諧波濾波器出現(xiàn)鼓包變形，腔內有電氣焦糊異味，現(xiàn)場拆解分析參數(shù)。

（3）對現(xiàn)場故障諧波濾波器進行拆解，電容安裝板出線位置金屬板損壞，其中一根電感串聯(lián)電容接線斷開，并對正常件與故障件進行電感量、輸入端及輸出端電容值參數(shù)檢測數(shù)據(jù)比對測量，分析單相諧波濾波等效電路和傳遞函數(shù)不同濾波器的電抗幅頻特性數(shù)據(jù)（圖4和表1）。

表1 MP1諧波濾波器電感參數(shù)比對

圖4 MP1空調機組1諧波濾波器

2.3 故障原因分析及影響

對本次故障的原因及其影響深入分析總結，經(jīng)對諧波濾波器故障原因深入分析調查，結合技術資料對該諧波濾波器（BEF6104A-25-20-ZC型）進行現(xiàn)場開蓋檢查，發(fā)現(xiàn)諧波濾波器出現(xiàn)鼓包變形，腔內有電氣焦糊異味，經(jīng)拆卸電容安裝板出線位置金屬板損壞，其中一根電感串聯(lián)電容接線斷開異常。

（1）經(jīng)測試故障件（1909025）電感電抗數(shù)值輸入端936pF，輸出端988pF超出正常備件參數(shù)數(shù)值10倍以上，證明此諧波濾波功能沒有抑制電源諧波反饋功能是本次故障的根本原因。

（2）MP1車空調機組1-1的諧波濾波器內部故障，諧波濾波器所在回路熱磁斷路器跳至“脫扣”位。諧波濾波器故障后產生煙霧，在空調機組通風機作用下，煙霧通過風道進入客室車廂會引發(fā)恐慌踩踏事件，使得列車正線運營受到影響，該部件無法正常恢復功能提供車輛空調制冷運轉，列車清客退出服務，是造成本次故障的間接原因。

（3）本次故障，因諧波濾波器電壓過流發(fā)生空調機組無法運行，造成地鐵車輛客室車廂冒煙引發(fā)清客退出運營服務，嚴重擾亂正線車輛運營秩序，下一步總結歸納符合軌道交通正線設備實際工況的電氣運行規(guī)律，以便更加合理有效地規(guī)避風險，并針對落實采取相關處理預防措施。

3 改進諧波濾波及接線方案

經(jīng)分析研究，導致本次故障的原因為諧波濾波器（BEF6104A-25-20-ZC型）異常，器件故障時出現(xiàn)電流逐漸增大，從而觸發(fā)QM16熱磁斷路器進行保護并上報故障，邀請主機廠家、器件廠家召開專題會議形成改進整改方案，包括改進質量風險分析、安全承諾等決策機制，通過上述專項會議決策同意取消并拆卸1/2位諧波濾波器及接線，擬采用前后取消的諧波數(shù)據(jù)影響進行比對，經(jīng)測試去除諧波濾波器前配置測試諧波電壓1.2%，去除諧波濾波器后配置為測試諧波電壓1.8%，根據(jù)諧波濾波保留及去除2種方案的有效執(zhí)行，并于南寧軌道交通4號線地鐵車輛輔助逆變器進行整車空調機組諧波含量測量測試評估（表2）。

表2 車輛段現(xiàn)場測試諧波數(shù)據(jù)

4 改進諧波濾波后的效果

經(jīng)過一系列的試驗測試，確定為諧波濾波器出現(xiàn)故障問題，變更原有的接線方式，取消1/2位諧波濾波器接線，保留EMI+3mH直流電抗器應用于正線車輛運營，跟蹤觀察設備工作狀態(tài)，經(jīng)過一段高峰運營檢查測試試驗，未對其他電氣設備產生影響，地鐵列車正線安全運行穩(wěn)定，故障得到有效徹底解決。

5 結語

軌道交通逐漸成為城市的主要交通工具，其工作性能至關重要。我們應該積極就地鐵車輛質量方面存在的問題進行探討，給出有效解決措施并在工作中得到落實，通過自身的工作，保證軌道交通正常運營生產，對于提升質量服務和人民的幸福感，保障乘客安全來說具有十分重大意義。