电力机车空调系统常见故障分析和防止措施吕佳琦

电力机车空调系统常见故障分析和防止措施吕佳琦

吕佳琦

中国铁路呼和浩特局集团公司集宁机务段内蒙古自治区乌兰察布市012000

摘要：在本文之中，主要是对电力机车空调系统常见故障分析和防止措施进行了全面的分析，在这个基础上提出下文的内容，希望为相同行业工作人员提供出一定的参考。

关键词：电力机车；空调系统；问题；对策；分析

引言：电力机车空调安装于机车头两端，为了能给机车司机提供舒适的驾驶环境，机车空调系统的主要作用就是在任何气候和行驶条件下，通过通风、制冷、采暖等方法调节车内的温度、新风量等参数指标。电力机车空调的故障反馈只是一个继电器的触点导通信号，在TCMS显示屏上只会显示一位端或二位端空调故障，并不会显示具体的故障类型。空调系统一旦出现故障，空调的售后人员需要在机车进入机务段内有限的时间内迅速排查出故障，并及时进行故障处理，保证车辆能按时上线运行。本文结合空调控制系统对故障处理和故障诊断系统进行了设计，此系统包含空调状态显示、历史故障记录、当前故障报警等功能，为售后服务人员快速判定故障类型，及时处理相关问题带来极大的方便。

1.电力机车空调系统的演变过程

空调系统是电力机车司机室中很重要的部分之一。目前，我国铁路电力机车司机室普遍设计有空调系统，其设计依据主要是铁道部发布的标准TB/T2866-1997《机车空调装置技术条件》和国际铁路联盟发布的标准UIC651-2002《机车、有轨电车、动车组、驱动拖车的司机室布置》第2.9项中的要求。我国电力机车司机室空调系统经历了一个从无到有、从工业民用到铁路专用、从小功率到大功率、从简单控制到精确控制、从外置到内置式的演变过程。一是从我国第一台电力机车设计制造出厂到第一台电力机车司机室空调机组开始试装，整整花了约20年的时间，但随后我国新造的电力机车就开始全部安装了司机室空调。二是我国第一台空调机组完全采用民用产品，此后，随着电力机车司机室空调系统的应用技术的不断成熟，以及空调系统配套供应商的发展，电力机车司机室空调系统已经全部采用铁路专用空调机组。三是空调机组的内部结构设计越来越紧凑，尺寸越来越小，因此其安装方式从最初的顶置式转变为机械间后墙柜式、司机室操作台式。四是随着电力机车运用区域的扩大，空调应用的环境条件也越来越高，空调组的制冷（热）功率也增加了一倍。五是空调系统的控制系统从最初的简单的接触器开关控制发展到微机控制技术，空调系统的制冷量、风速、新风量、送风路径都可以实现自动和手动调节的智能式空调系统。六是空调系统的设计从最初的单冷模式发展到目前的可实现制冷、制热和通风等多种模式。七是送风风道从最初的简单直通的风道设计发展成为更加符合司机室舒适性要求的送风风道设计。

2.电力机车空调系统

2.1顶置式空调系统

顶置式空调系统采用顶置式空调机组，一般另外设置有单独的控制箱。顶置式空调系统具有结构简单，不占用司机室内部空间等优点。顶置式空调机组的外形必须根据机车司机室头型进行设计，同时应考虑机车限界要求。由于安装位置的关系，准高速和高速机车一般不采用顶置式空调机组，如采用应采用嵌入式空调机组安装设计或对空调机组外形进行流线形设计。

2.2柜式空调系统

柜式空调系统采用柜式空调机组，柜式空调机组一般集成了空调主机及其控制和显示部分，柜式空调机组一般安装在紧靠司机室后墙的机械间内，通过专门的风道进行冷凝器的散热和蒸发器的送回风。柜式空调机组具有检修方便、制冷（热）功率大、集成程度高等特点。空调机组整体安装在机械间内，检修方便。送风口采用独立风道设计，可以根据不同司机室布置等调整送风口的位置。柜式空调机组的外形尺寸主要根据机车机械间设备空间要求进行设计，不受司机室内部空间限制。柜式空调系统的送风口一般也是设置在司机室的顶部或司机室后墙上部，送风口可以安装方向可调的多单元格栅，使司乘人员可以根据需要和喜好进行风向调节。其回风口一般设置在靠近空调机组的后墙上。

3.故障处理说明

列出的故障都有相关的反馈信号接到PLC的CPU数字量输入接口，当故障触发时相应的反馈开关闭合将信号送入CPU中，CPU根据判断输出报警信号使状态继电器吸合并通过硬线反馈信号发送给TCMS。下面将具体的故障处理过程进行说明。压力故障是通过高低压力开关的反馈信号触发的。当压力开关闭合后，压缩机停止运行2min并记录故障1次，2min后，压力故障未消除，锁死压缩机，并将故障发送给TCMS；2min后，压力开关断开，则允许压缩机启动；如果压缩机因压力故障停止后，从故障恢复压缩机再次运行开始计时，2分钟内压力开关闭合，压缩机停止并锁死，将故障发送给TCMS；2min到15min内再次压力故障，则故障记录增加1次，如15min内未再发生压力故障，压力故障记录次数清零，压缩机可以正常运行，如果故障累计3次，压缩机停止运行并锁死，将故障发送给TCMS。温度保护故障是由各部件的温度保护开关反馈的信号触发的。当温度保护开关闭合后，PLC应断掉相应部件的输出信号，停止部件的运行并将硬线触点闭合信号发送给TCMS。如果轴流风机或电加热发生温度保护，控制盘停止轴流风机或电加热运行，同时系统不会停机并将工作模式转为通风模式。如果是离心风机发生温度保护，则空调系统应立即停止运行。过流保护故障是由控制盘中热磁短路器反馈信号触发的。如果在制冷模式下，压缩机或轴流风机发生过流保护时，系统应停止相应的部件的输出信号，将系统运行模式转为通风模式，离心风机发生过流则整个系统立即停止运行并将故障信号发送给TCMS。

断路器配有信号反馈触点，当断路器未闭合时会给PLC一个闭合的反馈信号，系统会处于停机模式，并将故障信号发送给TCMS。温度传感器开路、短路、超量程都会触发传感器故障。新风温度传感器发生故障，系统会忽略新风传感器采集的温度对系统运行的限制，空调会继续工作在当前的工作模式；回风温度传感器发生故障，空调系统会将工作模式转为通风模式，并将故障信号发送给TCMS。

风阀是调节新风量的关键部件，内部配备位置反馈的开关。当操作面板对开度进行设定时，如风阀在规定的时间内未达到指定位置发送反馈信号则认为风阀故障。当风阀发生故障时，PLC会让风阀转向全开位置，并将故障记录但不会影响空调系统的运行。

4.防止措施与效果

一是加强检修中日常检查。根据小辅修范围打开插头检查插头插针及线是否松动虚接，减少插头插针虚接造成的故障。各机组及电器元件保持清洁，减少各机组由于灰尘多，造成机组工作负载重。二是加强使用维护。加强空调使用保养，经常清洗滤网，避免造成压缩机压力过高保护及烧毁压缩机。在不用空调的季节请将隔离变压器及空调电源的空气开关断开，并将控制旋钮置“停止位”。三是改造室内风机的固定方式，防止室内风机转动而扯断电源线。

总结：柜式空调系统的温度和速度纵向均匀性比较好，制冷和通风效果较为理想，但是垂直方向的均匀性较差。顶置式空调系统的空气温度和风速差异较大，只有通过手动控制送风口的风向才能调节空调系统的舒适性。相对于前两种空调系统，台式空调系统的温度分布最为均匀，且温度差异小，内部温度和风速分布更符合电力机车舒适性的要求。

参考文献：

[1]李时民，朱茂华.HXD1D国产化机车空调系统仿真分析及试验[J].技术与市场，2013，20（05）：41-42+45.

[2]唐向荣.FMECA分析技术在机车空调系统设计中的应用[J].技术与市场，2013，20（04）：17-19.