轨道交通车辆变频空调同时启动可行性分析

王传鲁 王刚 陈艳

概述

采用变频空调的轨道交通车辆，空调启动电流将比定频空调小，本文将通过对交流负载的计算来确认，列车控制系统（TCMS）对空调分时启动的逻辑。

交流负载情况

中压交流（AC380V）负载主要有空压机、空调（压缩机，冷凝风机、通风机、暖风）、电热、牵引系统冷却风机、电热玻璃等。

表1

系统	设备负载	技术参数			单车			全车
		电压(V)	功率(KVA)	数量(PC)		功率(KVA)	数量(PC)		功率(KVA)
客室空调系统	压缩机	A380V	9.5	4		38	24		228
	冷凝风机	A380V	1.18	4		4.72	24		28.32
	通风机	A380V	1.05	4		4.2	24		25.2
	电热	A380V	4	4		16	24		96
司机室送风单元	通风机	AC220V	0.25	1		0.25	2		0.5
司机室回风单元	通风机	AC220V	0.25	1		0.25	2		0.5
风源系统	空压机	A380V	6.5	1		6.5	2		13
冷却系统	牵引逆变器风机	A380V	2.2	1		2.2	6		13.2
电热系统	司机室电热	AC220V	1.6	1		1.6	2		3.2
	客室座椅加热器	AC220V	9	1		9	6		54
	电热玻璃	AC220V	0.8	1		0.8	2		1.6
	交流插座	AC220V	2	1		2	6		12
总计（冬季）									219.2
总计（夏季）									320.72

TCMS交流负载启动控制逻辑

TCMS将优先启动空压机，没有空压机工作时，才会顺序的启动空调。根据辅助工作的情况，将发出对应的减载指令，让空调工作在对应的状态。具体的逻辑如下：

当4个辅助380V输出正常时，TCMS向HVAC不发减载指令；

当3个辅助380V输出正常时，TCMS向HVAC发送减载1指令，空调压缩机正常运行（不减载）；

当2个辅助380V输出正常时，TCMS向HVAC发送减载2指令，空调系统半载运行，每个车空调停机其中一半压缩机组；

当1个辅助380V输出正常时，TCMS向HVAC发送减载3指令，空调系统只运行通风机；

当0个辅助380V输出正常时，TCMS向HVAC发送减载4指令，空调系统只运行紧急通风。

空调启动参数说明

假设空调压缩机和通风机采用变频控制，冷凝风机和暖风采用定频控制。在考虑夏天负载时，不考虑暖风。

压缩机和通风机采用变频控制，启动电流小于正常工作电流。核算时按正常工作来校核。冷凝风机采用定频控制。启动电流按7倍正常工作电流（持续时间250ms）进行核算。

减载指令1时：空调的压缩机、冷凝风机和通风机正常工作。

减载指令2时：空调的压缩机半载，冷凝风机和通风机正常工作。

减载指令3时：空调的压缩机和冷凝风机停机，通风机正常工作。

辅助系统容量

容量：每台ACM最大输出150KVA，全列车总共4台ACM。

单台过载能力：5秒内225kVA（150kVA的50%），1秒内263kVA（150kVA的75%）。

单台ACM突投能承受电流≤400A，不然ACM会保护封锁。

表2

	1台ACM （减载3）	2台ACM （减载2）	3台ACM （减载1）	4台ACM （正常）
正常功率（KVA）	150	300	450	600
小于5s 过载能力（KVA）	225	450	675	900
小于1s 过载能力（KVA）	262.5	525	787.5	1050

图4

空调同时启动情况核算

只考虑夏天工况，电热等冬天启动负载不做考虑，根据TCMS控制逻辑，也不考虑空压机的工作情况。所以将表1简化为下表3。

表3

系统	设备负载	技术参数			单车			全车
		电压(V)	功率(KVA)	数量(PC)		功率(KVA)	数量(PC)		功率(KVA)
客室空调系统	压缩机	A380V	9.5	4		38	24		228
	冷凝风机	A380V	1.18	4		4.72	24		28.32
	通风机	A380V	1.05	4		4.2	24		25.2
冷却系统	牵引逆变器风机	A380V	2.2	1		2.2	6		13.2
总计（夏季）									294.72

校核x个车空调同时启动的工况，在已经启动了（6-x）台车的空调，再启动x台车的空调是最恶劣的。同时分别对减载1、2、3总工况进行校核。按此来计算得到以下结果见表4。

	1车同时启动	2车同时启动	3车同时启动	4车同时启动	5车同时启动	6车同时启动	应小于正常功率的1.2倍
总计（正常）	348.24	401.76	455.28	508.8	562.32	615.84	<500*1.2=600
总计（减载1）	348.24	401.76	455.28	508.8	562.32	615.84	<450*1.2=540
总计（减载2）	209.04	262.56	316.08	369.6	423.12	476.64	<300*1.2=360
总计（减载3）	66.72	95.04	123.36	151.68	180	208.32	<150*1.2=180

表4

根据表4中显示，各种工况的功率不应大于辅助输出的1.2倍（和牵引供应商讨论后确定的结果），涂灰部分为超出部分。综合以上4中工况。确定采用同时3车同时启动的方案。

结论

根据以上分析，建议三台车同时启动。