城市轨道车辆空调系统的故障诊断与检修

摘  要：城市轨道车辆空调系统的故障诊断与检修是针对该系统在运营过程中可能出现的故障进行研究，通过实时监测和数据采集，对空调系统的运行状态进行监控，并记录系统异常情况。空调机组为单元式结构，安装在客室两端车顶框架内。空调机组与电气控制柜用电气连接器连接，辅助逆变器集中供电。机组出风口与车内主风道之间由软风道连接，空调机组处理后的空气从车内主风道的送风口送入客室内，从而调节车内空气参数。本文通过对轨道车辆空调系统的工作原理和组成部分进行分析，建立了一套完整的故障诊断与检修方法，对城市轨道车辆车辆空调系统的结构及典型故障案例解析。本文可有效提高轨道车辆空调系统的可靠性和稳定性，确保乘客的乘坐舒适度。

关键词：城市轨道  空调系统  结构  组成  典型故障

前言

城市轨道车辆空调系统的故障诊断与检修是保证乘客乘坐舒适的关键步骤。在运营过程中，空调系统可能会遇到各种故障，导致制冷效果下降、噪音增加或无法正常工作等问题。及时诊断和修复这些故障，对于维护车辆的正常运行和提供良好的乘车环境至关重要。故障诊断与检修的过程需要技术人员具备一定的专业知识和经验。他们需要熟悉空调系统的工作原理和结构，并能通过观察故障现象、检查系统各部件以及采用相应的故障诊断工具进行准确的判断和定位。在进行故障诊断与检修时，必须保证安全操作。例如，在检查制冷剂压力时，需要使用适当的防护设备，并遵循相关的安全操作规程。同时，还需要注意保护车辆的其他元件，避免损坏或二次故障。最后，根据故障的具体情况，选择合适的维修措施。可能的维修措施包括更换故障部件、修复漏气点、清洗堵塞部位等。维修完成后，应进行相应的测试和调试，确保空调系统恢复正常运行。

1 城市轨道车辆空调系统结构与工作原理

1.1 城市轨道车辆空调系统总体组成

城轨车辆空调系统一般由通风系统、制冷系统、加热系统、加湿系统和自动控制系统5大部分组成，如图1所示。考虑到实际运行区域的气候条件，有些车辆可不设加热系统和加湿系统。为便于安装、维护，城轨车辆空调系统基本采用集中式布置，即除了一些控制部件外，空调系统的主要部件都集中于一个空调机组内。这样的设计使得机组具有结构紧凑、占用空间小、制冷管路短、整体更换快速等优点。空调机组是轨道车辆普遍采用的一种形式。

城轨车辆一般在车顶设两台单元式空调机组，如图1所示。空调机组一般由通风机、压缩机、蒸发器、冷凝器、冷凝器风机、膨胀阀、干燥过滤器、气液分离器、电加热器等组成，如图2所示。

1.2 通风系统

通风系统的作用是吸入车外新鲜空气，并将其与车内循环空气混合，在过滤灰尘等杂质后输送至车内各处，同时排出车内污浊空气，以保证车内较高的空气洁净度，使车内获得良好的气流组织，如图3所示。通风系统一般由通风机组、风道、风口及空气过滤器等组成。

1.3 制冷系统

制冷系统的作用是对车内空气进行降温、减湿处理，使其温度与相对湿度保持在规定的范围内。制冷系统主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器4大部件组成，通过管道连接，形成一个封闭的循环系统，如图4所示。此外，为保证制冷系统安全、有效地工作，还配有干燥过滤器、气液分离器、贮液器等辅助设备。

1.4 加热系统

1.4.1 电加热器加热

电加热器加热是指车内的循环空气及新鲜空气由通风机吸入，并在电加热器前混合，通过电加热器加热，温度升高后，再由通风机送入车内通风道各格栅，向车内送热风，使车内温度上升。

1.4.2 电暖器加热

电暖器加热是指通过客室电暖器直接对客室空气进行加热。电暖器一般布置在座椅下或车内侧墙上，如图5所示。

1.5 加热系统

加湿系统的作用是车内空气相对湿度较低时进行加湿，以保证相对湿度在规定的范围内。由于车内乘客的散湿量较大，因而通常不需要再进行加湿调节。加湿系统仅在某些对车内相对湿度要求较高的车辆内安装。

1.6 城市轨道车辆空调系统工作原理

车厢内的空气通过车顶的回风口吸入空调机组内，在蒸发器前与外界新风混合，经过过滤后，在通风机的作用下，经过蒸发器，被冷却、干燥后，通过主风道均匀地送到车内。

在制冷循环中，压缩机通过蒸发器吸入制冷剂后压缩成高温高压的蒸汽，排入风冷冷凝器，然后和外界空气进行热交换，释放出热量冷凝成高压的液体，之后经毛细管节流降压后变成低温低压液体，进入蒸发器，并且吸收由室内流过蒸发器的空气的热量，蒸发成低压蒸汽再被压缩机吸入，完成一个制冷循环。制冷剂不断地从室内吸收热量，在室外放出热量，以便达到使室内降温、除湿的效果。

2 城市轨道车辆空调系统空调故障诊断与检修

2.1 通风故障诊断与检修

如果空调通风不起，首先检查是否有DC110V控制电源和AC400V主回路电源。如果电源正常后再检查通风机过流热继电器是否动作。如果通风机停机。则空调处于全停状态，通风设备恢复正常后，PLC自动重启通风机。如在第一次过电流120S以内，又出现过流，则PLC自动锁死通风机。这时如果想开机必须先断开空调启动转换开关HVACCS，延时五秒后，再次闭合空调启动转换开关HVACCS后才可重新启动。

车内通风机运转后，要看一下是否有风吹出，风量很小时，可认为是风机反转，请将电源相序正确调整，也就是三相中的任意两相对调，确认是否有异常振动和异常噪音。用电流表测量风机相序三相是否平衡。在检查车内各出风口的送风量是否均匀，对车内出风口的大小调整，达到客室内送风均匀。

2.2 制冷故障诊断与检修

压缩机压力异常，压缩机过流，冷凝风机过流。都会发生制冷故障，首先检查冷凝风机接触器，冷凝风机热继电器是否动作或损坏。压缩机接触器和热继电器是否动作或损坏。

在制冷时，吸入和吹出的空气温差约为8～10℃时为正常。确认空调机组是否有异常振动、异常噪音，同时注意电流读数。用电流表测定压缩机运转电流值三相是否平衡。

当压缩机或冷凝机出现过电流时，可以用万用表测量来判断是线路或设备出现问题，发现故障排除后PLC会自动再启动一次，在120S以内，如仍出現故障，PLC会锁死故障，同时触点动作给RIOM发出故障信号，即使又恢复正常后，仍不能进行制冷，需断开空调启动转换开关HVACCS后延时五秒再闭合，才可重新进行制冷。

如发生压缩机压力异常故障后，系统认为是严重故障，只要发生一次即动作给RIOM发出故障信号，压缩机立即停止工作，起到制冷系统的保护作用。同时故障指示灯显示故障部位。必须排除故障后重新开机，系统才能重新进行制冷。

压缩机压力异常故障主要是高、低压压力开关动作，而引起压力开关动作主要有以下几点：高压压力开关动作主要检查制冷剂充注是否过多，而引起压缩机电流过大，造成热继电器动作。处理的方法是将制冷剂少量的排出即可。也有可能是冷凝风机相序接错，造成电机反转。处理的方法是将电机相序调整正确。

低压压力开关动作主要检查制冷剂是否有泄漏，造成压缩机电流过小。处理的方法是修理制冷剂循环系统，并充入适量的制冷剂。如果蒸发器散热片堵塞也会造成低压压力开关动作，这时只需把蒸发器的散热片清洗干净即可。

2.3 电加热故障诊断与检修

电热器当温度超过70℃后，温度继电器断开，主触点动作，切断主电源。同时辅助触点动作，给PLC发出故障信号，电热故障指示灯亮，当电热器温度降至50℃时，PLC自动再次启动电加热器，在120S以内，如再次出现温度继电器断开，PLC会锁死故障，即温度继电器恢复后也不再自动启动，同时触点动作给RIOM发出故障信号，需断开空调启动转换开关后，延时五秒再闭合，才能再次运行加热，当电热器温度过高超过90℃时，电热器主回路的熔断器熔断，必须更换熔断器后加热工作才可重新进行。电加热器的工作可靠性，将直接影响到列车的行车安全。电加热器工作不可靠或操作不当，将有可能引起列车的火灾事故。在加热运转的操作过程中，必须注意以下几点：

通电前的检查：

1）检查电加热回路中各处接线是否完好。

2）检查温度继电器、温度熔断器以及其它保护装置是否正常。

3）检查通风机的接触器、热继电器是否良好。

4）将电热管上及其周围的附着物及其它杂物清理干净。

2.4 紧急通风故障诊断与检修

城市轨道车辆液路电磁阀二极管击穿问题是常见的故障，造成空调直流断路器跳闸。该问题直接导致空调显灰，影响空调系统的正常运行。针对此问题和苏州三号线空调控制器的设计和目前所用的UF4007MIC型号二极管选型到现场试验测试。

故障原因：

（1）检查MP1车空调控制柜发现Q04断路器跳开（压缩机马达保护器），测量压缩机1电磁阀控制电路电阻，电阻值为О欧姆（正常约为650欧姆），判断为MP1车机组1液路电磁阀中二极管被击穿（SV1），后续更换液路电磁阀二极管后，测量电磁阀线圈阻值正常，多次测试空调功能无异常。

（2）二极管安装位置位于液路电磁阀线圈两端，二极管可以有效的吸收电源断开瞬间的浪涌电压和电流，从而避免了浪涌对系统设备造成损坏。常见的造成二极管击穿的常见原因比较多的是过流，过压和过热问题。结合二极管的选型，针对性测试了这些点。

下图为浪涌电流与时间周期曲线，纵坐标为浪涌电流，横坐标为周期数，可根据浪涌电流和时间周期数计算出，在该浪涌电流值下二极管可持续时间。（持续时间=浪涌电流对应周期数×频率1/60，浪涌电流为8A时，可持续时间为1.66 s） 。

现场测试了0303车其中的Tc1、Mp1、M1、Tc2车进行对比，采用高精度的示波器，测试液路电磁阀线圈断开瞬间的电压和电流值。并且对发生2次故障的Mp1车进行了多次测试。为了验证控制柜与机组端峰值与浪涌可能出现的不一致性，分别对机组电磁阀线圈二极管处与控制柜电磁阀线圈输出处进行了测试，测试数据如下：

经过现场的测试对比，发现电磁阀的线圈两端的瞬间电压及电流没有超过最大反向峰值电压VRRM=1 000 V，且瞬间的电流都符合二极管的浪涌电流与时间周期曲线，说明了二极管的选型符合要求，可以有效的抑制浪涌电流和电压、防止损坏元器件。综合此款二极管长期应用在科泰众多架修和新造定频项目，目前无反馈有批次问题。认为此二极管为个别质量问题。建议工班在今后在作业中加强对该部件的检查。

3 结语

城市轨道车辆车辆在实际运行过程中所涉及到的系统较多，其中空调系统应该是城市轨道车辆车辆行驶过程中的基础性系统之一。城市轨道车辆车辆自身运行特征及车厢内人员数量，决定了空调系统在城市轨道车辆车辆内所具有的作用。所以提高城市轨道车辆车辆空调系统的设计质量，逐步对城市轨道车辆车辆空调系统在实际运行中所具有的问题进行完善，在满足人们出行的情况下，为人们提供更加完美的城市轨道车辆车辆环境。

参考文献

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