昆明地铁3号线电客列车高度阀差异导致频报空压机打风超时故障的分析

王亮亮 余云鹏

昆明地铁运营有限公司 云南 昆明 650000

1 引言

2018年下半年以来，昆明地铁3号线电客列车在正线运行过程中频报“空压机打风超过20分钟故障”，随着客流量的增加，该故障呈上升趋势，其中T07车报此故障尤为频繁。列车运营结束回库后首先对管路进行保压试验并对空压机进行初充风试验均无异常，据此推测该打风超时故障为多方面原因造成，为彻底解决该问题，需从多方面多角度考虑，采取多种有效措施，保障正线运营质量。

2 故障分析

2.1 空压机打风超时故障判断逻辑

单台空压机在总风压低于750kPa后启动运行，若该台空压机在20分钟内没有将总风压打至900kPa，TCMS将上报空压机打风超时故障，但TCMS判断空压机输出温度（115±5℃断开，95±5℃闭合，断开不超过14s）及压力（3bar断开，2bar闭合，停机后断开时间不超过14s）无异常时，仍将由该空压机持续进行打风。

2.2 典型故障

2018年09月29日T07车08：30在昌源中路站下行HMI报“空压机打风超过20分钟”故障。车辆人员上车查看HMI空压机正常工作，仍持续打风，后续打到900kPa后空压机停止工作。

2.2.1 初充风试验

回库后进行初充风试验时间为16min54s，满足相关时间要求（初充风时间要求低于18min）。

2.2.2 管路泄露排查

进行保压试验5min，总风压力下降0.07bar（标准5min内压降不超过0.2bar），且初充风时间为16min54s，空压机启停逻辑正常。通过上述测试数据可证明T07车供风设备静态测试正常，且静态条件下压缩空气无泄漏情况。

下载事件记录分析相关数据，截取正线08：04：58至08：05：24共计26s的数据，该时间段内空压机1未启动，空压机2正常运行，列车平稳运行，空簧压力无明显变动，无制动，列车速度由6.5km/h提升到74.3km/h，总风压力由P0=780.288kPa，上升至P1=796.290kPa，ΔP=P1-P0=16.002kPa。根据昆明海拔高度的现场情况，可近似将昆明海拔系数估算为0.79，同时根据昆明地铁3号线空压机相关资料，供风模块理论排气量Q≥0.745m3/min，则实际排气量：

若忽略空压机输出后端压力及整车管路轻微泄露的影响，则在该时间段内整车充气量可近似估算为：

列车在该时间段内总风实际充入量：

两项数据基本吻合，该数据可说明T07车在正线动态运行过程中压缩空气无明显泄露。上述静态及动态测试数据可基本排除T07车由于管路泄露的原因而导致空压机频报打风超时故障。

2.2.3 制动数据分析

根据故障统计，空压机打风超时故障多发生于早晚高峰期间，其中早高峰较为突出，因此考虑是否是较大客流导致的空气制动系统异常耗风。下载事件记录分析，空车重为215.306t，选取载荷较少的西山公园站及载荷最高的东风广场站作对比。

其中西山公园站进站时载荷为219.966t，于08：45：18准备减速进站，到速度减小到10.1km/h气制动开始介入，列车08：45：22停稳，随后司机将手柄打至快制位。在整个进站停车的过程中，从气制动开始施加至列车停稳，总风下降约为0.2bar，开门后操作快速制动总风下降0.13bar。

08：18：03准备减速进入五一路站，此时载荷为273.402t，速度为10.1km/h气制动开始介入，列车08：18：07停稳，随后司机将手柄至快制位。在整个进站停车过程中，从气制动开始施加至列车停稳，总风下降约为0.225bar，开门后操作快速制动总风下降0.185bar。

从上述数据中可知载荷的差异会影响气制动施加的压力，但气制动实际介入时车速已经低于10km/h，因此影响有限。停稳后操作快速制动，根据载荷情况对总风会造成不同程度的下降，由于昆明地铁3号线站间距相对较短，每个站在停稳后都操作快速制动，会消耗部分的压缩空气，略小于一次进站气制动所需的压缩空气量。

2.2.4 对全线空簧耗风量的估算

由于列车仅能对空簧压力进行监控，要对该时间段内空簧耗风估算即空簧充气量的估算，假定空簧体积在整个充放气过程中基本为恒定常数，则空簧充气量的估算可近似转化为空簧压力的增加量的估算。由于空簧在实际使用过程中压力并非呈直线增长或衰减，直接计算难度较大，且由于数据无规律，不便于积分计算，因此采取近似计算的方法。在一段时间内，以1s为单位时间，从记录起始点开始算起，用第（n+1）s时的压力值减去（n）s时的压力值，若结果为正则说明在这1s内空簧处于充气状态，如果为负则说明空簧处于排气状态。即：ΔPn=PT（n+1）- PTn，其中n=1、2、3……，待所有空簧压力差值数据筛选完后，将其正ΔP求和即可以得出该时间段内空簧压力上升的总和，即可通过该数据直接对比出不同车之间在某一时间段内空簧充气量的大小。

采用上述方法，截取T07车2018年10月12日早08：25：00至09：15：00下行完整的ERM数据，计算得出下行全程中空簧压力累计增加量约为8064kPa。同时选取了从未发生过空压机打风超时故障的T10车10月16日早08：00：00至08：50：00全程的ERM数据进行对比，下行全程中空簧压力累计增加量约为7431kPa。

从上述两个数据结果可以得出T07车全程运行空簧耗风量相较于车况较好的T10车的耗气量均较大，要找到耗气量较大的根本原因，还需从其它地方考虑。

2.2.5 充风曲线对比

导致整车空簧耗气量大的因素还可能有空簧充气特性以及高度阀特性等因素。对比3号线空簧和首期列车空簧相关资料及材质和软硬程度等参数完全一致，由此可初步排除由于空簧导致的耗风量大的可能性，故考虑高度阀对耗气量的影响。通过现场检查排除高度阀卡滞、受损等外部因素后，须从高度阀充放气特性进行考虑。因没有专用的阀类测试台，因此对于高度阀的测试仅能在车上进行。测试为以下几个步骤：

1、截断整列车所有LSS塞门，排出所有空簧内气体，保证测试准确性；

2、通过强迫泵风将列车总风打至10bar，保证测试高度阀时不会因为总风不够而影响准确性；

3、顺序恢复每节车LSS塞门，每恢复一节车LSS塞门，须重新将总风打至10bar；

4、下载相关数据，对比充气曲线。

通过上述测试方法，将T07车及从未发生故障的T04车所有空簧进行充风测试并下载数据。整理数据时选取空簧自然状态下排空的压力值作为对比起始点，持续充气直至压力稳定作为终止点。以T07和T04车TC1车数据为例，在确保记录起始压力相同的情况下，将压力值数据形成散点曲线，对比TC1车转向架1和转向架2的空簧充风曲线如下图所示：

如上图所示可以明显看出T07车TC1车1架和2架空簧的充风曲线斜率明显大于T04车，即充气速率明显更快。采用相同方法对比其它转向架，结果均为T07车空簧充风速率更快，T07车正线运行过程中全程空簧充气量过大很可能主要是由于此原因所导致。

空簧充放气速率快意味着在过弯道、坡道或载荷出现波动等影响列车平衡，需要空簧进行调整，由于T07车空簧充放气速率快，可以很快调整至目标压力，从而恢复平衡，而T04车由于充放气速率相对较慢，可能在侧倾结束时还处在调整过程中，侧倾结束后，有了新的目标压力，空簧不需再进一步充气，故在第一次目标值还未达到时便结束该过程，进入新的调整阶段。相对来说空簧在同一次调整的充气量及排气量均小于T07，因此运行全程下来空簧总的耗气量会更小。

第三章 现场排查

后续对T07车及T04车所有装车的高度阀进行拆下排查时发现T07车所有高度阀节流孔均为3mm，T04车所有高度阀节流孔均为2mm。如下图所示：

第四章 更换验证

为确保数据分析的真实性及准确性，将T07车高度阀全部更换为节流孔是2mm的高度阀进行试验，从测试结果可知T07车更换2mm节流孔的高度阀后空簧充气速率明显下降，可确认T07车频报空压机打风超时的主要原因是整车所有高度阀节流孔过大，空簧充放气速率过快进而造成列车空簧用风量过大导致。

第五章 结论

结合昆明地铁三号线线路图及客流量数据统计，站间距短，弯多，载客变化量大等客观因素均会使空簧频繁进行充放气，客观上增加了耗风量，且在每次进站列车停稳后将手柄打至快制位也进一步增大了列车的耗气量，而列车上所装高度阀由于节流孔过大，使上述现象进一步放大，最终导致耗气量过大，列车报出空压机打风超时故障。

高度阀的主要作用是在列车运行过程中，根据载荷、弯道等情况，控制空簧的充放气，使列车保持相对平稳及平衡。①使用3mm节流孔的高度阀可在列车遇到上述情况时迅速进行充放气，及时调整平衡，有效快速的确定实时载客量，但会导致空簧充放气量过大，增大空压机使用频率，报出打风超时故障。②使用2mm节流孔的高度阀则相对耗气量较小但调整速度会相对受影响。

根据现有数据来看，使用3mm节流孔的高度阀全程运行下来空压机工作使用率约为62.5%，使用2mm节流孔的高度阀列车全程运行下来空压机使用率约为52.8%，查询相关资料，目前空压机推荐使用率为60%。

建议意见：

① 保持安装3mm节流孔高度阀，修改空压机打风超时故障判断逻辑，将现有20min故障时间增长；

② 换装2mm节流孔高度阀，可避免此类故障的发生；

③ 采用2mm及3mm节流孔高度阀搭配安装的方式，确定合理配比数量，尽可能的使列车能迅速调整平衡但又不会因此导致耗风量过大，使运行全程空压机占空比最小，报出相关故障。