CRH1型動車組軸溫傳感器故障調查及解決措施

摘 要：CRH1型動車組頻繁發(fā)生的軸溫傳感器故障對動車組正常運行秩序造成干擾，本文針對故障的原因進行調查并提出改進措施，改進設計后未再發(fā)生故障。

關鍵詞：軸溫傳感器;軸溫轉換模塊;原因分析;改進措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.014

1 故障描述

CRH1型動車組投入運行后，發(fā)生多起因軸溫轉換模塊問題導致的軸溫傳感器故障，對動車組運輸秩序造成較大干擾。

2 原因分析

2.1 軸溫監(jiān)控系統(tǒng)設計原理

CRH1型動車組每個軸均分布有軸溫傳感器用于實時監(jiān)控轉向架軸端的溫度，并將測量的信號傳送給軸溫轉換模塊處理，軸溫轉換模塊將其轉化為電信號輸送至AX模塊（模擬輸入輸出模塊），AX模塊再將信號傳輸給TC-CCU（列車控制單元），最終將軸溫信息顯示在IDU（智能顯示單元）上。

單車單架軸溫報警系統(tǒng)示意如下圖：

TCMS系統(tǒng)（列車控制和通訊系統(tǒng)）判定：若軸溫小于-45℃，則報出X軸X位軸溫傳感器故障（A類警報），并在IDU上顯示出來，提醒司乘人員進行處理。

2.2 故障處理

在處理故障時發(fā)現(xiàn)軸溫轉換模塊輸出電源指示燈不亮，更換軸溫轉換模塊后故障消除。

2.3 故障件分析

對故障軸溫轉換器進行拆解分析：

（1）電源連接線的絕緣性能及連續(xù)性檢測正常。

（2）電源模塊輸入 110VDC 電壓后，應輸出兩路±5VDC，但實測輸出電壓值均為0V。

（3）分解電源模塊，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓二極管1N4759A損壞。更換穩(wěn)壓二極管后，檢測電源模塊功能正常。

2.4 故障件的解剖分析

（1）電源模塊原理簡介。軸溫轉換器核心器件采用時進口的芯片TOP227，其典型應用電路如下：

圖中紅色標注的P6KE200A是一個瞬態(tài)電壓抑制器，簡稱“TVS管”，作用是保護TOP227的漏極不被擊穿。

基本原理如下：當?shù)湫蛻秒娐返妮斎霝?20VAC時，整流后的直流電壓Ve約為300VDC ，在開關電源通斷的瞬間，TVS管P6KE200A 能夠TOP227 漏極電壓鉗位在Ve+200 V（即500VDC），從而充分保護TOP227。

（2）故障原因分析。為找到穩(wěn)壓二極管1N4759A損壞的原因，通過以下試驗步驟進行分析：

1）輸入過電壓試驗： 將輸入電壓從110VDC逐步升至200VDC，每一個測試點測試十秒鐘，經過對三個模塊的反復試驗，未發(fā)現(xiàn)電源模塊損壞。在對沒有加穩(wěn)壓二極管1N4759A的模塊測試時，發(fā)現(xiàn)在上電的瞬間有高于穩(wěn)定電壓數(shù)倍的尖峰電壓。這一現(xiàn)象與車組激活時軸溫轉換器出現(xiàn)的故障相吻合。

2）雷擊浪涌試驗：使用雷擊浪涌發(fā)生器和雷擊浪涌專用隔離調壓器，施加浪涌電壓從1000V至2500V，未發(fā)現(xiàn)電源模塊故障。

3）穩(wěn)壓二極管1N4759A性能試驗： 為確認是否由于穩(wěn)壓二極管1N4759A質量問題造成電源模塊故障，使用晶體管特性圖示儀，對1N4759A 隨機抽樣100個（與故障軸溫轉換器使用的1N4759A為同一批次）進行檢測，通過伏安特性曲線，確認為合格。

檢測故障電源模塊中的1N4759A，檢測結果不合格。

檢測結論：①圖示儀能夠有效檢測 1N4759A 的性能及狀態(tài)。②100 個庫內4759A 樣品的伏安特性曲線都滿足技術規(guī)格要求。③排除因穩(wěn)壓二極管1N4759A 質量問題導致電源模塊故障。

4）穩(wěn)壓二極管1N4759A反向過流試驗： 進一步探究導致1N4759A發(fā)生故障的原因，設計了以下檢測電路（圖3）。

通過觀察電阻R1兩端的波形，驗證是否存在其它器件對1N4759A功率負荷產生影響。

選取不同批次的電源模塊，以及與故障件同批次的電源模塊各進行對比實驗，發(fā)現(xiàn)電阻R1 兩端波形有差異。早期的電源模塊反向電動勢的波形幅度小且持續(xù)時間短，而與故障件同批次電源模塊的反向電動勢的波形幅度大且持續(xù)時間長，從而說明電源模塊存在問題對穩(wěn)壓二極管1N4759A 功率負荷產生影響。

5）變壓器性能試驗： 將變壓器電感量精度從原有的25%提升至10%， 200個變壓器精度提高的電源模塊一次檢驗合格率為99%，而故障軸溫轉換器同一批次電源模塊的一次檢驗合格率為96%。結果顯示，新變壓器的性能優(yōu)于舊變壓器。

2.5 結論

根據(jù)以上調查確認軸溫轉換模塊故障原因為：軸溫轉換器電源模塊內變壓器的電感量雖然滿足精度要求，但存在制造差異，導致軸溫轉換器的穩(wěn)壓二極管1N4759A 承受的瞬間能量超過限值，最終導致?lián)舸?/p>

3 應對措施

對軸溫轉換器的電源模塊進行設計優(yōu)化，包含以下內容：

（1）軸溫轉換器電源模塊變壓器的電感精度由25%提高至10%;

（2）軸溫轉換器電源模塊中，用TVS 管P6KE200A 替代穩(wěn)壓二極管1N4759A;

（3）軸溫轉換器電源模塊輸入端增加壓敏電阻。

4 改過效果

設計優(yōu)化后的軸溫轉換模塊裝車后，未再發(fā)生同類型故障，有效的確保了正常的動車組運行秩序。

參考文獻：

[1]CRH1型動車組設計原理圖.

作者簡介：王春征（1971-），男，河北唐山人，本科，中級工程師，研究方向：鐵道車輛。