城轨车辆紧急通风逆变器启动问题分析及改进

2022-05-06杜昭童

铁道运营技术 2022年2期

杜昭童

（中车成都机车车辆有限公司技术部，工程师，四川成都 610051）

城轨车辆紧急通风系统是空调系统的重要组成部分，当城轨车辆在紧急情况下无法从接触网取电时，车辆无法产生辅助AC380V电源，会导致空调系统停止工作，车辆无法产生新风，在封闭的车厢空间内会导致二氧化碳含量迅速升高，为了在紧急情况下继续让车辆内空气流通［1］，在车辆上安装紧急通风逆变器，将车辆蓄电池（DC110V）逆变为AC380V电源供空调通风系统使用。

在车辆的试运行过程中发现车辆紧急通风逆变器启动存在问题，故障现象具体描述为：当车辆不通高压电（DC1500V）时，通过车辆人机界面（HMI）显示屏集控启动空调系统，经延时检测车辆三相电源缺失后会自行启动紧急通风，现车经延时后发现个别车紧急通风不启动，空调机组报出无运行反馈，且不启动问题随机出现。

1 工作原理分析

1.1 软件控制逻辑

针对以上问题，首先对设备工作原理进行分析，对启动紧急通风的控制程序进行核查，紧急通风下的软件控制逻辑［2］，通常为：启动上电判断满足启动条件后，输出逆变器启动信号持续20s（根据具体项目可调），为避免超时自检在逆变器上电运行15s时进行逆变器运行反馈检测，每次检测函数会检测30次（每次延时100ms）。如果第一次运行反馈（逆变器运行18s后）检测空调没有检测到反馈信号，则撤销启动信号（断开逆变器启动），间隔2s后，再次输出逆变器运行信号进入第二次反馈检测；如果第二次运行反馈检测（逆变器再运行20s后，整个过程约40s），还没接收到逆变器运行反馈信号，即上报逆变器无运行反馈故障。

空调机组的正常通风与紧急通风切换时间为15s，即关闭所有正常通风的相关接触器，新风阀开启，回风阀关闭，然后延时15s开启紧急通风的接触器，紧急通风接触器正确闭合后，输出逆变器运行信号，软件逻辑如图1所示。

图1 软件控制逻辑

紧急通风逆变器停止触发条件：

当紧急通风时间达到45min，将退出紧急通风模式［3］。

控制器检测到AC380V电源恢复正常，等待10s后，AC380V仍然正常，则停止紧急通风，5s后转入正常工作状态。

集控模式下实时检测到TCMS网络下发的SIV正常数量，当SIV正常数量大于0且AC380V电源恢复正常时，停止紧急通风。

控制器接收到“停止”指令时，空调机组停机。

1.2 硬线控制逻辑

紧急逆变器与空调控制柜的接口和故障信号控制部分的原理图，如图2所示，其中X1为控制连接器，X2为供电连接器，控制：启动、运行、故障输出线，其中故障输出线由空调控制柜给出“+DC24V”的电压信号给逆变器（X1:B6），在逆变器有故障时，逆变器内部控制板的继电器K1闭合，发送“+DC24V”电压信号（X1:B5）给空调控制柜；在逆变器正常运行时，逆变器内部的继电器断开，逆变器不会发送故障信号给空调。

图2 逆变器电气原理图

由于逆变器安装于车下，因此线缆需要从车上空调柜内经过车内线槽和车体空腔走线至车下的紧急通风逆变器装置处，根据线缆的布线规则，DC110V/DC24V控制线与交流AC380V需隔离布置并且绑扎，按施工标准进行作业。

2 原因分析

2.1 软件原因

针对此故障，首先对控制软件进行了核查，确认软件启动逻辑及指令发出均符合设计要求［4］，核对控制指令及反馈指令的触发时间，确定空调控制器准确发出了启动紧急通风信号输出给逆变器，但是逆变器没有正确的反馈出运行信号，因此初步怀疑是由于线路问题导致，随后对硬线线路进行检查。

2.2 硬件原因

校线和绝缘测试检查发现线路导通良好，无接地和短路现象，结合多次测试故障触发的随机性和不规律的特点，判断线路可能存在干扰，使用示波器抓取故障波形，在逆变器运行时故障输出线（X1:B5）（6203号线）对空调“-DC24V”存在幅值50V（设置为20V/div）左右的杂波，如图3所示，可造成空调控制柜误保护。

图3 示波器抓取干扰波形

为了确定干扰的具体存在位置，做了以下验证［5］：

外接一根DC24V负线，挑出故障信号6203号线空调端，用示波器电压钳测量6203号线和外接负线发现逆变器运行时，6203号线存在严重杂波，说明干扰来自6203号线周围电磁干扰。

外接一根DC24V正线替代6203号线，从T3：78点外接至逆变器控制板X1/B6点，此时验证逆变器可正常工作，无故障报出，且示波器测量无杂波，确定了干扰来自6203号线。

从电磁兼容方面来分析，逆变器的交流输出线路、车上其他设备的线路，都可能是干扰源，交流信号与直流信号一般要分开走线，或作屏蔽处理。而逆变器的故障输出信号，是一个DC24V直流信号，当逆变器正常运行时，此6203号线信号相当于在逆变器端悬空，极易受到干扰。

3 解决对策

针对以上问题，制定了以下3种方案来进行全面解决，并分别对此进行了验证。

①重新梳理走线路径，交直流控制线及主电源线分开走，并更换屏蔽线缆。

经现车验证，将车上6203线换为1根屏蔽线，其他位置走线保持不变，紧急通风逆变器可以正常工作，空调未报出故障，用示波器测量6203号线和DC24V负线有微弱杂波，不会导致误报故障。

②在空调故障信号接收端进行滤波处理。

经现车验证，在车上故障信号接收点（T3：78脚）与车体外壳间加滤波电容（330nF），紧急通风逆变器可以正常工作，空调未报出故障，用示波器测量6203号线和DC24V负线之间无杂波。

③在紧急通风逆变器内故障信号发出端作滤波处理。

经现车验证，在紧急通风逆变器内部的故障信号发出端口，逆变控制板JP6：1脚和2脚之间，加滤波电容（330nF），紧急通风逆变器可以正常工作，空调未报出故障，用示波器测量6203号线和DC24V负线之间无杂波。

4 处理措施

对已经制造完成的车辆，采取了解决对策中的方案③增加滤波电容；对正在制造中的车辆，采取方案①，重新布置走线路径，并采用屏蔽线缆，预防干扰的产生。经过试验，方案中所选用的滤波电容型号定为：JURCCX2-334KMPX/MKP，此电容具有良好的抑制电磁干扰的作用，能够承受过电压冲击，且此电容即使失效后，也不会导致电击的产生，不会危害人身安全。

同时，紧急通风逆变器正常反馈信号电路与故障反馈信号电路一致，为避免正常反馈信号也出现干扰问题，在紧急通风逆变器控制板JP6：4脚和JP7：2脚之间，也增加一个滤波电容，如图4标记处所示。