地铁大客流引起总风欠压故障分析及对策

陈 旭

（克诺尔车辆设备（苏州）有限公司，江苏 苏州 215151）

地铁车辆在某些站点载客量急剧增加时，为了维持车辆地板面的平稳和高度会造成空气弹簧的巨大耗风，由此导致车辆总风管路的压力降低。当总风压力超出正常范围后对应的压力开关触发低压信号，车辆据此信号自动施加紧急制动。只有总风压力达到压力开关的设定值牵引封锁才能解除。此外，总风管路的意外破损漏风也会导致总风欠压。因此在车辆实际运营中，如发生总风欠压故障，会导致运营秩序受到影响［1-3］。

文中对南京地铁3 号线空载列车运行至大站（柳洲东路站）载客时出现的总风欠压故障导致紧急制动施加且牵引封锁无法短时间内解除现象进行了深入分析和研究，提出导致总风欠压问题的解决措施并进行了分析和验证。

1 车辆系统管路用风配置

常规车辆的空压机以CAN 单元为基础进行配置，基于本项目6 列车2 个CAN 单元编组（Tc+Mp+M=M+Mp+Tc）的特点，每个CAN 单元在Tc 车 上 配 备1 台 空 压 机，1 列 车 共2 台。1 个CAN单元内制动系统管路关系如图1 所示。1 列车的总风管路通过2 个CAN 内M 车车端总风接口连接。

图1 列车用风管路及设备配置图

空压机输出的空气通过总风管路输送到全列车的总风缸，从总风管路连接支路通过辅助控制模块的溢流阀和单向阀进入各节车的悬挂风缸（包括空气弹簧）和制动风缸。当总风管路压力小于6.7 bar 时，空压机的风源优先充满总风缸和制动风缸，且通往制动风缸的支路有单向阀，确保即使总风压力突然降低也不影响制动用风的需求，保证列车有足够的制动能力。当总风压力高于6.7 bar 时溢流阀打开，悬挂风缸和空气弹簧开始充气，直到整车压力达到设计需求9.5 bar（系统设计总风压力7.5～9.5 bar），空压机停止工作。

当总风压力低于7.0 bar 时，牵引封锁的压力开关闭合，TCMS 接收到总风低信号施加紧急制动，牵引被封锁，车辆无法移动；当总风压力高于8.0 bar 时，牵引封锁的压力开关断开，TCMS 发出牵引封锁解除信号。

2 问题发生及解决

2.1 问题发生

工作日早高峰南京地铁3 号线会安排空载列车运行至大站（柳洲东路站）载客，此时会出现列车总风压力低于7.0 bar 施加紧急制动的情况。列车2 台空压机开始同时工作，约2 min 后总风压力达到8.0 bar。但只有当总风压力大于8.4 bar 才会取消牵引封锁，列车才能正常牵引列车。此类问题已经出现多次。

2.2 问题分析

2.2.1 载客量急剧变化影响

从上述故障问题的整理可以看出，此类故障由2 个因素造成，即大客流进入车辆导致车辆地板面下降，为了维持地板面和站台高度的一致，需要更大的空气弹簧压力，必然消耗总风压力，导致总风压力低于牵引封锁压力开关的设定值，车辆施加紧急制动；另一个则是车辆配置的空压机在总风压力低于设计范围时及时工作，但是当总风压力高于压力开关的设定值时，车辆的牵引封锁并没有因此解除，首先锁定压力开关故障导致TCMS无法接收相关信号，其次考虑TCMS 是否按照设计要求发送相关指令。由于压力大于8.4 bar 车辆可以牵引列车，则不需考虑制动系统是否按照指令执行缓解制动及牵引系统能否正常启动。

查看故障时间区段TCMS 记录的总风压力曲线和载荷曲线关系，如图2 所示。图2 中可以看出当乘客大规模进入车内，车辆载荷在较短时间内急剧变化，增加约130 t，结合车辆设计数据得知车辆AW0 质 量 约 为210.5 t，AW3 为365.5 t，也 就 是说车辆载荷在短时间内从AW0 急剧上升到AW3，导致空气弹簧短时间内耗风量巨大，从而导致总风压力持续下降，载荷的急剧增加和总风压力的急剧下降是对应的，当总风压力下降到6.66 bar，低于压力开关的7.0 bar 设定值时，压力开关闭合，TCMS 接收到总风压力较低的相关信号，为了保证车辆的安全运营施加紧急制动，同时牵引系统封锁。

图2 总风压力和载荷随时间关系

从制动系统角度分析车辆用风设备耗风量，得到不同工况下系统耗风量示意图，如图3 所示。从图3 中可以看出，大客流导致的空气弹簧压力的变化占据整个系统耗风量的绝大部分，这也是符合故障特征的。

图3 列车主要用风设备耗风量示意图

2.2.2 总风压力恢复正常无法牵引列车

按照车辆制动系统的设计要求，当总风压力低于7.5 bar 时，从图2 可以看出2 台空压机同时启动快速补充系统总风压力，约2 min 后总风压力达到8.0 bar 左右，但是车辆依然无法牵引引车。考虑到当总风压力达到8.4 bar 时，压力开关动作，TCMS 发出牵引封锁解除信号，车辆可以牵引列车，据此可以排除压力开关的问题。查看TCMS软件设置，发现软件里面设定的是8.4 bar 才能复位信号。由此可以锁定故障来源于TCMS 软件相关参数的设定。从上述分析可以看出在项目设计之初缺乏对后续可能故障的预测和考虑，压力开关设定值沿用南京地区习惯设定范围，同时TCMS 在做相关逻辑设计时也没有充分考虑该项点，一直沿用既有项目的设定值，也没有充分考虑到线路存在大客流进站的现象。

2.3 解决措施及验证

结合上述分析，在既有压力开关不变动的情况下只要修改软件的相关参数，确保和压力开关的设定参数一致，即可解决TCMS 发出牵引封锁解除信号的触发信号压力值和压力开关动作值不同步的问题。此举从制动系统顶层功能考虑并不会影响车辆的使用性能，反而是优化了车辆在大客流情况下的可使用性，相当于让车辆在总风达到8.0 bar 时就可以提前牵引列车无需等到8.4 bar再牵引列车，且此时制动风缸的风压也至少8.0 bar，足够满足安全制动需要的风压。但是结合车辆制动系统的设计原理以及运营线路的大客流特性和车辆的可用性，文中试图从车辆的初始设计上解决此类问题。

从上文可知，系统总风压力设定范围为7.5～9.5 bar，压力开关设定值是7.0～8.0 bar，悬挂风缸的溢流阀是6.7 bar。由图1 可知，只要总风压力大于溢流阀设定值，空压机的新出风量就会有部分先分流到悬挂风缸，无法优先满足总风和制动风缸，导致总风压力较长时间才能达到压力开关的动作设定值。如果在总风压力高于或者接近溢流阀设定值前就让压力开关动作，则可以从根本上缩短总风恢复和牵引封锁解除的时间。基于此，提出了一种更加彻底的解决办法：将压力开关的设 定 值 调 整 到6.0～6.5 bar 或 者6.0～7.0 bar。这样可以让车辆尽早移动，避免出现长时间地占用运营区间，导致后续列车无法准时进站。同时也实现了空车进站尽快完成乘客输送的初衷。

针对上述问题的解决措施，在部分列车上进行压力开关的更换，使用6.0～7.0 bar 压力开关，同时调整TCMS 发出牵引封锁信号的触发参数也为7.0 bar，这样相当于让制动风缸和总风压力维持在7.0 bar 时就可以牵引列车。通过制动计算和耗风量估算软件计算，车辆在AW3 时Mp/M 车的紧急制动压力都为4.0 bar，Tc 车紧急制动压力为3.7 bar，制动风缸压力从7.0 bar 开始连续施紧急制动压力下降到4.5 bar 时，可以施加至少4 次紧急制动。此时的制动风压既足够保证车辆安全又可以提前牵引列车，减少牵引封锁后故障时间。此方案在早高峰正线进行试验和跟踪观察记录，经过一年多的运营观察记录再也没有出现上述故障。

3 结 论

针对南京地铁3 号线出现大客流导致车辆施加紧急制动且牵引封锁现象，通过对故障的分析并结合原始设计参数，提出相关建议和解决措施并进行相关验证，结果表明提出的整改措施可以从根本上杜绝此类问题的发生。在后续项目的制动系统设计中，应合理设置控制参数，提高车辆可用性，避免出现此类影响运营秩序的故障。