【摘要】介绍天津地铁2号线空调系统组成，分析典型整改和故障，给出相应对策，并提出对空调开发设计的合理化建议。
【关键词】地铁空调；整改；故障；分析对策；建议
天津地铁2号线空调系统自2012年7月份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，但从前期的调试和两年来的运用检修来看，也存在一些常见的故障和机组结构、程序设计方面的整改，本文将通过简单介绍空调系统组成，阐述典型整改和故障案例，并提出自己对空调设计开发的合理建议，以有效解决空调系统运用过程中的常发故障，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.空调系统概述
天津地铁2号线空调系统主要由KGC29型空调机组、CRPC11控制柜、CVU-07司机室送风单元和高效静压送风风道等四部分组成，空调机组结构型式采用车顶单元式，各空调单元均设有两套独立的制冷系统，以增加空调装置的可靠性。与空调机组配套的电气控制柜安装在车厢内部，二者通过电气连接器（插头、插座）连接，由车辆逆变器供电。空调机组的回风口设在机组的底部中间，送风口设在机组的底部两侧，壳体两侧设有新风口，新风经防尘防水进风装置和新风滤网过滤后，进入机组与车厢内回风混合，经降温（升温）处理后送入车厢风道内，经沿车体均匀分布的送风口均匀吹出。
空调机组主要由压缩机、蒸发器、冷凝器、通风机、冷凝风机、空气预热器、风量调节阀和温度传感器等部件组成，压缩机是采用美国谷轮卧式全封闭涡旋式压缩机，R407C为制冷剂，以毛细管为节流元件，机组可根据车内负荷大小进行控制，实现50%、75%、100%能量调节。空调机组配用独立的电气控制柜，可实现手动控制、自动控制和集中控制，空调控制器与车载TMS系统间采用RS485通讯方式，可通过TMS界面实现空调的通风、自动冷/暖、全冷/暖、半冷/暖和关闭等集控功能的切换，人机操作界面快捷方便、可操作性强。
2.典型整改问题分析与对策
2.1 空调机组噪声超标整改
2011年9月，2号线列车进行例行型式调试《车辆噪音测量试验》，其中车辆内部噪音测量超过试验大纲标准，测点偏高位置均出现在空调机组回风口附近，经过排查分析确定为空调机组噪音过大造成。
分析与对策：空调噪声大原因有很多，包括压缩机振动、冷凝风机异响、通风机异音、机组与车体安装间的共振及电磁噪声等，我们使用专业仪器测量排查后确认为通风机送风速度过大引起送风气流不均，气流冲击风道、送风口导致异音，并同时涉及机组与风道的选型匹配问题。因为此时机组已全部定型装车，重新选配通风机规格或更改风道设计参数已不可行，故提出在通风机吸风口或入风口加装格栅板方案，格栅板板孔尺寸有Φ8、Φ10mm两种尺寸，以优化送风方案（方案图片见下图1）。四种方案经过现场装车试验，从降噪效果、通风机工作电流、送风口风速及安装可行性综合考虑，最终采用在通风机送风口加装Φ10mm格栅方案，良好解决了空调噪音超标的问题。
图1 通风机吸风口、入风口加装格栅板方案
2.2 空调程序问题导致机组异常停机
2号线从2012年6月至2013年2月正线多次发生TMS显示单节车空调启动紧急通风模式，实际客室机组处于停机状态故障，且故障机组无规律可循。
分析与对策：我们主要从触发空调紧急通风所有因素出发，逐一对电源检测器、控制器内部芯片、控制器程序、TMS与控制器通讯代码及电磁干扰等环节进行逐一检测，得到以下故障原因推论：列车在未明车辆干扰或TMS误发错误代码等激扰下，使控制器内部芯片组件或外部三相检测装置收到380V瞬间消失又立刻恢复的信号，使控制器向TMS发送紧急通风指令，然后程序进入启动紧急通风逻辑，但此时列车SIV有正常的380V电源输出，不满足启动紧急通风条件，但此时紧急通风指令已向TMS发出，故造成通信冲突，控制器逻辑进入死循环，造成空调机组死机。
通过修改控制器程序，对程序抗干扰能力、运行稳定性和通信稳定性进行优化，同时在向TMS终端传输空调执行工况时，增加一次380V逻辑判断，并设计看门狗死机自动重启程序功能，很好的解决了正线出现的异常停机故障。
2.3 紧急通风逆变器烧损
自2号线车辆调试运行以来，发生多起空调紧急通风逆变器烧损故障，逆变器拆解分析结果均为外界接入大电流导致烧损。
分析与对策：结合故障现象在现场做试验发现空调逆变器大电流有如下两种情况：①启动紧急通风时―逆变器启动继电器（K81）与紧急通风接触器（KE11、KE21）逻辑闭合顺序不清晰，如果KE11、KE21迟于K81闭合，就相当于低电压情况下直投电机负载，会给逆变器带来较大启动冲击电流。为避免过电流冲击，修改程序使KE11、KE21吸合延时2秒再控制K81吸合；②机组由紧急通风模式恢复正常模式时—KE11、KE21断开与正常通风接触器（K11、K21）吸合动作瞬间完成，造成逆变器输出电压与SIV输出电压叠加，逆变器受过电压而烧损，为避免过电压冲击逆变器，在K81断开前提下，修改程序使KE11、KE21断开后延时2秒再吸合K11、K21。
图3
图5 冷凝风机内部积水导致轴承锈蚀
3.典型故障原因分析与对策
3.1 蒸发器结冰导致漏水
2012年7月开通以来接报多起车厢出风口和回风口漏水现象，经回库检查漏水机组排水口未出现堵塞，但蒸发器出现多起结冰现象。
分析与对策：引起蒸发器结冰有如下原因：①回风滤网堵塞、回风阀关闭或通风机停机，经调查现场不存在此问题；②外界温度过低或温度传感器失真导致压缩机一直工作，经检测温度传感器不存在此问题；③控制器受其它因素影响或程序缺陷，使软件程序未退出制冷或程序跑飞工况，导致压缩机一直制冷。经检测发现控制器程序存在到达制冷目标温度不退出问题，且控制逻辑对拔钥匙工况，缺乏机组在室温低于19℃工况下压缩机保护停机的描述。针对上述问题，通过加强程序可靠性，完善各控制程序环节避免程序跑飞，严格执行在任意制冷工况模式下，低于19±1℃温度下不允许启动压缩机逻辑，同时程序增加当外界温度低于19℃以下，空调机组压缩机不允许启动功能，完成拨钥匙工况程序代码漏洞修改。
3.2 压缩机过流
车辆运营过程中正线连续接报压缩机过流故障，回库后故障经常消失，同时存在过流继电器辅助触头虚接、烧损，甚至故障过流继电器可通过敲击自动恢复等问题。
分析与对策：天津地铁2号线空调压缩机过流继电器采用水银式过载继电器，如图2、3所示，壳体外部由线圈3缠绕，正常状态下铁心5处于下方位置，水银4液面没过电极1，电极1与辅助触头2形成通路，此继电器常闭状态为正常工作状态。当线圈中出现过流现象时，磁场力增大超过铁心动作极限向上浮起，造成水银液面下降，与电极1脱离，电极1与辅助触头2形成断路，此时为过流工况。结合此型号过流继电器的结构和工作原理，认为压缩机上述过流故障原因主要为：①车辆爬坡或小曲线运行时，内部水银液面发生偏斜、偏移或在电磁影响下出现水银散化，使内部电极脱离水银，接点断开，造成压缩机过流故障；②铁心在外部因素影响下，出现卡滞、偏离垂直原位，从而使内部电极脱离水银，接点断开，同样造成压缩机过流故障；③此过流继电器铁心动作灵敏，线网网压出现较大波动时，出现频繁过流动作，烧损继电器；④过流继电器辅助触点线缆存在压接松动现象，引起压缩机过流误报。由此可见，压缩机过流问题主要是继电器本身存在缺点导致，为此我们经过匹配选型，选择脱扣型热过载继电器（如图4所示）进行替代改造，继电器过流保护整定值维持14A不变，目前装车改造使用效果良好。
3.3 冷凝风机异响
2013年9月起，在空调检修过程中出现多台冷凝风机异响问题，故障风机经分解分析均为外界水通过电机线端子插头或电机端子盒盖进入电机内部，导致风机轴承因积水锈蚀产生异响（如图5所示）。我们通过专项，对全部冷凝风机运转情况和绝缘性进行测试查看，同时普查电机线端子插头及盒盖密封情况，重新固定冷凝风机出线口线缆，使之呈可靠“︶形”回水弯，并在电机出线各部分端口涂抹环氧树脂，避免日后外界水进入风机引起异响。
4.空调系统合理建议
4.1 空调结构设计优先采用降噪化和送风均匀性方案，例如风机采用扇叶采用大直径设计、管路采用柔性连接、低噪音优良送风性能风道型式等；
4.2 机组设计应考虑检修维护可行性，结构可靠稳定，机组清洗方便；
4.3 空调控制器程序开发注重运行稳定、抗干扰能力强；
4.4 空调空气处理高效，避免冷热处理空气出现无用热交换；
4.5 针对全国出现的频繁雾霾天气和地铁运营自身特点，空调设计应考虑加装高效空气清新过滤装置，以提供优良乘车环境。