地铁列车空调谐波滤波器故障质量原因分析及改进研究

邓清云

（南宁轨道交通运营有限公司，广西 南宁 530001）

1 空调原理分析

1.1 空调运行原理

目前，南宁轨道交通5条线路均采用B型地铁列车，列车六辆编制结构为四动两拖，每节车辆配置两台变频空调机组，每台空调机组具有两套独立的制冷回路，各车辆之间空调功能不会相互影响。辅助逆变器提供的AC380V电源经主回路开关（Q1）、空调控制盘接触器（KM16）、热磁断路器（QM16），经谐波滤波器、EMI滤波器先后滤波后，通过变频器最终至空调压缩机，实现空调制冷功能（图1）。

图1 空调机组电气原理

1.2 谐波滤波器工作原理

谐波滤波器是用于滤除变频器供电回路中谐波和杂波的装置，结构由电感及电容等元件组合而成。其利用电磁感应及电抗器原理，在吸收系统中主要的谐波分量的同时，快速跟随负载变化，具有抑制电流波动、吸收回路谐波的功能，同时抑制尖峰电压，平滑电压波形。电信号经谐波滤波器处理后供给变频器、压缩机，实现保护变频器、压缩机正常运行的功能（图2）。

图2 空调机组电气原理

2 空调机组谐波滤波器故障质量分析

2.1 确定谐波滤波器故障点

地铁车辆空调机组谐波滤波器故障，对故障现场确认车辆屏显示“MP1车HVAC 1-1变频器故障”1号线主机组主回路Q1漏电保护开关断开，确认MP1车有烧焦味并车厢冒出浓烟，列车到站清客退出运营服务，通过列车正常牵引运营继续运行回库，由于变频器短路保护用的热磁断路器为运营后新增安装，通信协议无该项内容报警，当器件保护时，网络方面与变频器故障共同使用一个数据位进行上报，本控制方面在HMI屏上相应“变频器热继故障”，从而达到区分目的（如图3所示）。

图3 列车HMI屏故障信息

2.2 查找谐波滤波器故障原因

在经过车辆检修技术人员对车辆空调机组排查和分析之后，确定Q1断路器为第1空调机组单元总断路器，QM16为空调机组1系统1变频保护热磁断路器，该断路器均有反馈触点信号接到控制器，当器件动作时，控制器检测到对应反馈信号从而上报故障，因此需要检查空调机组外部设备的状态，重点观察外观状态变化对其技术性能及工作状态的影响。

（1）登顶对空调机组1进行检查，打开盖板确认机组变频器1/2外观状态均正常，打开变频器内部主电路板状态正常，拆卸变频器查看底部电容状态正常，未有烧损现象。

（2）进一步对机组1系统1主回路部件进行排查，发现系统1谐波滤波器出现鼓包变形，腔内有电气焦糊异味，现场拆解分析参数。

（3）对现场故障谐波滤波器进行拆解，电容安装板出线位置金属板损坏，其中一根电感串联电容接线断开，并对正常件与故障件进行电感量、输入端及输出端电容值参数检测数据比对测量，分析单相谐波滤波等效电路和传递函数不同滤波器的电抗幅频特性数据（图4和表1）。

表1 MP1谐波滤波器电感参数比对

图4 MP1空调机组1谐波滤波器

2.3 故障原因分析及影响

对本次故障的原因及其影响深入分析总结，经对谐波滤波器故障原因深入分析调查，结合技术资料对该谐波滤波器（BEF6104A-25-20-ZC型）进行现场开盖检查，发现谐波滤波器出现鼓包变形，腔内有电气焦糊异味，经拆卸电容安装板出线位置金属板损坏，其中一根电感串联电容接线断开异常。

（1）经测试故障件（1909025）电感电抗数值输入端936pF，输出端988pF超出正常备件参数数值10倍以上，证明此谐波滤波功能没有抑制电源谐波反馈功能是本次故障的根本原因。

（2）MP1车空调机组1-1的谐波滤波器内部故障，谐波滤波器所在回路热磁断路器跳至“脱扣”位。谐波滤波器故障后产生烟雾，在空调机组通风机作用下，烟雾通过风道进入客室车厢会引发恐慌踩踏事件，使得列车正线运营受到影响，该部件无法正常恢复功能提供车辆空调制冷运转，列车清客退出服务，是造成本次故障的间接原因。

（3）本次故障，因谐波滤波器电压过流发生空调机组无法运行，造成地铁车辆客室车厢冒烟引发清客退出运营服务，严重扰乱正线车辆运营秩序，下一步总结归纳符合轨道交通正线设备实际工况的电气运行规律，以便更加合理有效地规避风险，并针对落实采取相关处理预防措施。

3 改进谐波滤波及接线方案

经分析研究，导致本次故障的原因为谐波滤波器（BEF6104A-25-20-ZC型）异常，器件故障时出现电流逐渐增大，从而触发QM16热磁断路器进行保护并上报故障，邀请主机厂家、器件厂家召开专题会议形成改进整改方案，包括改进质量风险分析、安全承诺等决策机制，通过上述专项会议决策同意取消并拆卸1/2位谐波滤波器及接线，拟采用前后取消的谐波数据影响进行比对，经测试去除谐波滤波器前配置测试谐波电压1.2%，去除谐波滤波器后配置为测试谐波电压1.8%，根据谐波滤波保留及去除2种方案的有效执行，并于南宁轨道交通4号线地铁车辆辅助逆变器进行整车空调机组谐波含量测量测试评估（表2）。

表2 车辆段现场测试谐波数据

4 改进谐波滤波后的效果

经过一系列的试验测试，确定为谐波滤波器出现故障问题，变更原有的接线方式，取消1/2位谐波滤波器接线，保留EMI+3mH直流电抗器应用于正线车辆运营，跟踪观察设备工作状态，经过一段高峰运营检查测试试验，未对其他电气设备产生影响，地铁列车正线安全运行稳定，故障得到有效彻底解决。

5 结语

轨道交通逐渐成为城市的主要交通工具，其工作性能至关重要。我们应该积极就地铁车辆质量方面存在的问题进行探讨，给出有效解决措施并在工作中得到落实，通过自身的工作，保证轨道交通正常运营生产，对于提升质量服务和人民的幸福感，保障乘客安全来说具有十分重大意义。