Varian Clinac CX型醫用直線加速器高壓調制柜故障案例分析

牟強善 郭洪棟 牟宗峰 曹 杰 王 猛 相國棟

Varian Clinac CX型直線加速器適用于全身各部位惡性腫瘤的常規放射治療和精確放射治療。該機型是由Varian醫療設備(中國)有限公司于北京生產主要組件后在美國調試組裝完成，并針對中國市場的新型直線加速器，為滿足中國癌癥治療中心的標準而設計，是C系列直線加速器中2300C/D的升級版本。通過了解Clinac CX型醫用直線加速器高壓調制柜工作原理，并對其發生的故障根本原因進行分析，提出可降低該故障發生概率方案。

1 Clinac CX型醫用直線加速器高壓調制柜

三相電經過電源濾波器，再經過高低能繼電器選擇輸出后到達高壓變壓器初級，經過變壓器次級的三角形和星型接法各自整流濾波后串聯輸出直流電壓，經充電電感和充電二極管對脈沖形成網絡(pulseforming network，PFN)進行充電[1]。充電時主閘流管處于截止狀態，電能存儲在PFN上，由高壓補償分壓電路對PFN實際電壓進行分壓采樣，電壓采樣信號被送到脈沖幅度穩定(De-Qing，DQ)閘流管觸發電路，當PFN電壓超過充電電壓2倍時，DQ閘流管柵極觸發電路發出柵極觸發脈沖，DQ閘流管工作，將多余電能分流到隔離負載，此時主閘流管也獲得觸發脈沖而導通，存儲在PFN的電能經主閘流管向機架上的脈沖變壓器放電，使脈沖變壓器產生高頻脈沖[2-3]。高壓調制柜產生一定波形和頻率的脈沖高壓，通過高壓電纜送給速調管和加速管的電子槍，作為加速管工作電源[4]。

2 故障案例分析

2.1 故障一

(1)故障現象。晨檢時機柜所在機房內聞到有輕微焦糊味，出束變為濃烈焦糊味，關機后打開高壓調制柜右側板，從機柜下部可見明顯煙霧。

(2)故障分析。發生焦糊味通常提示存在異常高溫，故障部位應出現在高電壓或大電流部件中，應該按照先簡單后復雜、先低壓后高壓和先外部后內部的檢修順序進行排查。

(3)故障排除。經查瓦里安高壓調制柜內的三相主電源是從外置穩壓柜輸入后，經過T1變壓器進行隔離和降壓處理，再送往高壓電源柜(high-voltage power supply，HVPS)各單元空氣開關進行單元供電分配。沿主電纜從輸入處開始查找，發現T1變壓器三相輸出的一個端子引線處燒焦嚴重，φ16 mm多股銅線導線外皮焦糊距離長度約8 cm。造成焦糊原因為該壓線端子與其他連接端子緊固結構為穿軸緊固方式，即螺栓通過中間電木板穿孔，電木板上下有2個接線端子用螺帽緊固，該端子經過的電流較大，局部溫度過高，從而造成電木板接觸位置被燒焦變軟，接線端子與螺栓接觸電阻不斷加大，加重該接觸點發熱量，最終造成外皮嚴重燒焦。分析故障主要原因為廠商采用不恰當接線端子的緊固方式，將上下接線端子與中間電木板一同緊固，提升了大電流工作情況下的故障概率。為此，工程師提醒廠商對該處生產工藝進行改進，同時將燒焦位置導線截斷，更換優質多股銅線和接線端子，將電木板上下2個接線端子分別在電木板上、下兩側進行分別緊固后，設備恢復正常，故障排除。

2.2 故障二

(1)故障現象。正常工作時6 MV經常報出UDR1/UDR2劑量聯鎖，從而停止出束，手動屏蔽掉聯鎖后可繼續出束至工作完成。自出現該聯鎖后，每個射野的中斷次數越來越多，即故障發生頻率越來越大，使用一個月后終至完全不能出束，全程無其他報錯。

(2)故障分析。三相電經HVPS開關GB1送到三相電源濾波器FL1，再經過K1、K2、K3和K4繼電器送至調制器內高壓變壓器，其初級繞組為三角型接法，次級為三角形接法和星型接法，經整流濾波組件后分別輸出直流高壓后串聯輸出直流高壓[5]。高能和低能的選擇是通過K3和K4繼電器來實現，需要低能輸出時，K3繼電器工作吸合，自K2來的三相電每相經分壓電阻分壓后送往K1繼電器，去往高壓變壓器初級，然后經高壓變壓器次級和整流濾波組件處理后輸出11 kV直流電壓[6]；而需要高能輸出時，K4繼電器工作吸合，自K2來的三相電每相不經過分壓電阻分壓即送往K1繼電器，然后經高壓變壓器和整流濾波組件處理后輸出13 kV直流電壓[7-8]。

(3)故障排除。按照高低能選擇的工作原理排查，先要確認三相電是否已到達高壓變壓器初級。首先采用高能15 MeV進行測試，發現不出束，因2個繼電器同時損壞的可能性極低，從而排除K3和K4高低能選擇繼電器故障因素。觀察出束指令發出后，主閘流管紫色輝光正常，而DQ閘流管僅在開始瞬間有輝光。因此，沿三相供電電源路徑向后排查，發現K2交流接觸器的線圈電阻有時可正常測出，但有時測量顯示斷路，但外來供電交流110 V電壓正常。將直線加速器整機斷電再用放電棒放電后，將K2交流接觸器拆除檢查，發現K2交流接觸器線圈供電在內部有接插件結構，線圈兩引線末端為兩片金屬結構，底座為單片金屬結構，等繼電器外部螺絲擰緊后，線圈引線與底座電接觸才會完成。在電接觸部分發現有較多深色不透明油脂樣雜物，清除后重裝且交流接觸器測量線圈電阻值正常。新購同型號交流接觸器拆開發現線圈電接觸位置同樣有油脂狀固態物，但并非深褐色油膏，而是無色透明狀凝膠，考慮為繼電器生產廠商為保護接插件不在存儲時被氧化而采取的保護措施。在使用保護油脂時會因為局部發熱而變質變色，從而引起接觸電阻變大，最終導致交流接觸器外接的線圈外供電壓不能被實際加到線圈繞組中，因此產生正常觸點吸合動作[9]。如果在組裝高壓調制柜前將這些油脂去除，將可避免此類故障發生的概率[10]。將K2繼電器裝回原位后，設備恢復正常使用，未再出現原故障，故障排除。

3 小結

大型高端精密醫療設備由很多基本元器件組成，其故障規律也類似于常見醫療設備，如故障多發于長時間工作、高電壓、大電流、高溫度、高濕度、灰塵多、常動作機械裝置以及允許運動誤差小的結構組件等具體部位。工程師應先了解設備基本原理，再確認故障范圍，從而可快速查找故障部件。此外，進口大型高端精密醫療設備生產廠商除采用關鍵獨有技術生產部件外，其余大部分配件采購于其他廠商，工程師可以采用購買原廠原型號或高于原廠型號參數的配件進行更換，以降低維修費用，減少設備停機時間。