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 軸溫監控系統設計原理

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示意如下圖：

TCMS系統（列車控制和通訊系統）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

在處理故障時發現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，發現穩壓二極管1N4759A損壞。更換穩壓二極管后，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：當典型應用電路的輸入為220VAC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，未發現電源模塊損壞。在對沒有加穩壓二極管1N4759A的模塊測試時，發現在上電的瞬間有高于穩定電壓數倍的尖峰電壓。這一現象與車組激活時軸溫轉換器出現的故障相吻合。

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

3）穩壓二極管1N4759A性能試驗： 為確認是否由于穩壓二極管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。②100 個庫內4759A 樣品的伏安特性曲線都滿足技術規格要求。③排除因穩壓二極管1N4759A 質量問題導致電源模塊故障。

4）穩壓二極管1N4759A反向過流試驗： 進一步探究導致1N4759A發生故障的原因，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，發現電阻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時間長，從而說明電源模塊存在問題對穩壓二極管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，新變壓器的性能優于舊變壓器。

2.5 結論

根據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壓二極管1N4759A 承受的瞬間能量超過限值，最終導致擊穿。

3 應對措施

對軸溫轉換器的電源模塊進行設計優化，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

設計優化后的軸溫轉換模塊裝車后，未再發生同類型故障，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。