动车组电气柜散热不良的危害及通风系统改造方案

一、引言

在“十四五”现代综合交通运输体系发展规划指引下，我国动车组已成为铁路客运主力。电气柜作为核心电气设备载体，其散热性能直接关系行车安全。实际运营中，通风设计缺陷与运维滞后导致的散热问题频发，威胁设备可靠性。研究并解决这一问题，是践行“安全第一、预防为主”理念，提升轨道交通运维水平的重要举措。

二、动车组电气柜散热不良的危害分析

动车组电气柜散热不良带来多重危害。高温环境下，环氧树脂绝缘层老化加速，击穿电压下降，易引发相间短路；IGBT 等功率器件性能衰退，导致牵引系统输出不稳定。同时，高温造成温度传感器误差增大，引发设备误报警，影响行车正点率；铜排氧化加剧，接触电阻上升，存在安全隐患。此外，元件寿命缩短、检修周期压缩、备件更换频繁，显著增加全生命周期运维成本，严重影响运营经济性与安全性。

三、动车组电气柜通风系统典型问题剖析

（一）结构设计缺陷

动车组电气柜在结构设计上存在明显短板。部分车型采用“侧进顶出”通风方式，由于进风口与出风口间距不足 600mm ，极易引发气流短路，导致柜内通风效率大幅降低。实测显示，某 CRH3 型车电气柜中部风速仅 0.8m/s ，远低于 1.5m/s 的标准要求，使得电抗器等关键部件温度超出设计值 12^∘C 。同时，现行 80 目 / ⋅in² 规格的防尘网在运行 6 个月后，积灰量可达 2.3g/cm² ，通风阻力增加 40% ，导致柜内温度骤升，严重超出《动车组电气设备通风系统技术规范》规定的温度波动标准，直接影响设备正常运行。

（二）设备选型与安装问题

动车组电气柜在设备选型和安装方面存在明显不足。部分车型配置的轴流风扇额定风压仅 250Pa ，受柜内滤波器、接触器等部件阻力影响，实际可用风压降至 70Pa ，难以满足散热需求。试验表明，将风压提升至 350Pa 可使温度分布均匀性提高 22% 。同时，多数电气柜仅在顶部设置单个温度传感器，无法覆盖复杂温度场，柜内垂直温差可达 15^∘C ，导致 IGBT 模块等关键元件温度无法准确监测，曾因此引发过温烧毁事故，暴露出监测布局的严重缺陷。

（三）运维保障不到位

动车组电气柜运维存在明显短板。一方面，现行防尘网 12 个月固定清洁周期未考虑地域环境差异，在风沙、多尘地区，防尘网 6 个月就会积灰堵塞，严重影响通风散热。另一方面，对风扇的运维仅依靠定期目视巡检，缺乏对转速、电流等关键参数的实时监测，难以发现轴承磨损等早期故障，增加了散热失效风险，亟需完善动态监测与差异化维护机制。

四、动车组电气柜通风系统改造方案

（一）结构优化设计

1. 风道重构技术

针对传统风道布局缺陷，运用 CFD 仿真技术对电气柜通风结构进行优化，将原“侧进顶出”模式改为“下进上出”并增设导流板。导流板采用 30^∘ 倾角设计，有效消除内部涡流区域，使气流阻力降低 28% 。实践表明，某 CRH380A车型改造后，柜内风速均匀性指数由 0.62 提升至 0.89，最高温度下降 15^∘C ，显著改善散热效果。

2. 防尘网升级

为提升防尘与通风性能，采用金属网与静电除尘相结合的复合结构。将金属网目数提高至 120 目 /in²，并加装静电除尘装置，可有效吸附 0.3μm 以上颗粒。这一设计使通风阻力降低 35% ，维护周期从 12 个月延长至 18 个月，经

实践验证，积灰量显著减少，有效保障电气柜散热效率。

（二）设备选型与监测系统改进

1. 高性能风扇配置

针对原有风扇风压不足问题，选用离心式风扇替代轴流风扇，将额定风压提升至 350Pa ，并配备 PWM 调速装置。该装置可依据柜内温度自动调节转速，调节范围达 30%-100% 。实际改造测试表明，某 CRH2A 车型采用新配置后，风扇功耗降低 12% ，散热效率显著提升 30% 。

2. 多维度监测网络

为精准捕捉电气柜内温度变化，在 IGBT 模块、电抗器等关键元件附近增设 PT100 传感器，构建“顶部—中部—元件级”三级测温体系。所有监测数据实时接入列车 TCMS 系统，一旦测点温度突破阈值（如 IGBT 模块 110^∘C ），系统立即触发声光报警并记录故障信息，实现隐患快速预警。

（三）运维保障体系完善

1. 智能清洁系统集成

通过在防尘网内侧加装压差传感器，实时监测通风阻力变化。当压差达到150Pa （对应 1.5g/cm² 积灰量）时，车载系统自动推送清洁提示。配套研发的库内机器人清洁装置，可实现电气柜非接触式除尘作业，相较人工清洁效率提升5 倍，有效解决维护周期与环境适应性矛盾。

2. 预测性维护模型

依托风扇电流、转速等运行数据，构建基于LSTM 神经网络的故障预测模型。该模型可提前 72 小时识别轴承磨损、叶轮积灰等潜在隐患，通过分析历史数据与实时参数动态调整预测策略。现场应用显示，模型对风扇故障预测准确率达 89% ，误报率控制在3% 以内，显著提升运维精准度。运维保障体系完善。

五、结束语

动车组电气柜散热不良问题可通过“结构优化 + 设备升级 + 运维创新”的综合改造方案有效解决。未来可进一步探索相变材料散热、热管冷却等新技术应用，并结合数字孪生技术构建电气柜热管理虚拟仿真平台，实现散热系统的智能优化。随着碳达峰碳中和目标推进，还需在通风系统节能设计上深化研究，推动动车组绿色运维技术发展。

参考文献：

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