CRH1型動(dòng)車組軸溫傳感器故障調(diào)查及解決措施

摘 要：CRH1型動(dòng)車組頻繁發(fā)生的軸溫傳感器故障對(duì)動(dòng)車組正常運(yùn)行秩序造成干擾，本文針對(duì)故障的原因進(jìn)行調(diào)查并提出改進(jìn)措施，改進(jìn)設(shè)計(jì)后未再發(fā)生故障。

關(guān)鍵詞：軸溫傳感器;軸溫轉(zhuǎn)換模塊;原因分析;改進(jìn)措施

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

1 故障描述

CRH1型動(dòng)車組投入運(yùn)行后，發(fā)生多起因軸溫轉(zhuǎn)換模塊問題導(dǎo)致的軸溫傳感器故障，對(duì)動(dòng)車組運(yùn)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(shè)計(jì)原理

CRH1型動(dòng)車組每個(gè)軸均分布有軸溫傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)控轉(zhuǎn)向架軸端的溫度，并將測(cè)量的信號(hào)傳送給軸溫轉(zhuǎn)換模塊處理，軸溫轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸送至AX模塊（模擬輸入輸出模塊），AX模塊再將信號(hào)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(bào)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(bào)出X軸X位軸溫傳感器故障（A類警報(bào)），并在IDU上顯示出來(lái)，提醒司乘人員進(jìn)行處理。

2.2 故障處理

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

2.3 故障件分析

對(duì)故障軸溫轉(zhuǎn)換器進(jìn)行拆解分析：

（1）電源連接線的絕緣性能及連續(xù)性檢測(cè)正常。

（2）電源模塊輸入 110VDC 電壓后，應(yīng)輸出兩路±5VDC，但實(shí)測(cè)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(cè)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(jiǎn)介。軸溫轉(zhuǎn)換器核心器件采用時(shí)進(jìn)口的芯片TOP227，其典型應(yīng)用電路如下：

圖中紅色標(biāo)注的P6KE200A是一個(gè)瞬態(tài)電壓抑制器，簡(jiǎn)稱“TVS管”，作用是保護(hù)TOP227的漏極不被擊穿。

基本原理如下：當(dāng)?shù)湫蛻?yīng)用電路的輸入為220VAC時(shí)，整流后的直流電壓Ve約為300VDC ，在開關(guān)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(hù)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(guò)以下試驗(yàn)步驟進(jìn)行分析：

1）輸入過(guò)電壓試驗(yàn)： 將輸入電壓從110VDC逐步升至200VDC，每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)測(cè)試十秒鐘，經(jīng)過(guò)對(duì)三個(gè)模塊的反復(fù)試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)電源模塊損壞。在對(duì)沒有加穩(wěn)壓二極管1N4759A的模塊測(cè)試時(shí)，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(shí)軸溫轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)的故障相吻合。

2）雷擊浪涌試驗(yàn)：使用雷擊浪涌發(fā)生器和雷擊浪涌專用隔離調(diào)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(yàn)： 為確認(rèn)是否由于穩(wěn)壓二極管1N4759A質(zhì)量問題造成電源模塊故障，使用晶體管特性圖示儀，對(duì)1N4759A 隨機(jī)抽樣100個(gè)（與故障軸溫轉(zhuǎn)換器使用的1N4759A為同一批次）進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)伏安特性曲線，確認(rèn)為合格。

檢測(cè)故障電源模塊中的1N4759A，檢測(cè)結(jié)果不合格。

檢測(cè)結(jié)論：①圖示儀能夠有效檢測(cè) 1N4759A 的性能及狀態(tài)。②100 個(gè)庫(kù)內(nèi)4759A 樣品的伏安特性曲線都滿足技術(shù)規(guī)格要求。③排除因穩(wěn)壓二極管1N4759A 質(zhì)量問題導(dǎo)致電源模塊故障。

4）穩(wěn)壓二極管1N4759A反向過(guò)流試驗(yàn)： 進(jìn)一步探究導(dǎo)致1N4759A發(fā)生故障的原因，設(shè)計(jì)了以下檢測(cè)電路（圖3）。

通過(guò)觀察電阻R1兩端的波形，驗(yàn)證是否存在其它器件對(duì)1N4759A功率負(fù)荷產(chǎn)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(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，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(dòng)勢(shì)的波形幅度小且持續(xù)時(shí)間短，而與故障件同批次電源模塊的反向電動(dòng)勢(shì)的波形幅度大且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，從而說(shuō)明電源模塊存在問題對(duì)穩(wěn)壓二極管1N4759A 功率負(fù)荷產(chǎn)生影響。

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

2.5 結(jié)論

根據(jù)以上調(diào)查確認(rèn)軸溫轉(zhuǎn)換模塊故障原因?yàn)椋狠S溫轉(zhuǎn)換器電源模塊內(nèi)變壓器的電感量雖然滿足精度要求，但存在制造差異，導(dǎo)致軸溫轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)壓二極管1N4759A 承受的瞬間能量超過(guò)限值，最終導(dǎo)致?lián)舸?/p>

3 應(yīng)對(duì)措施

對(duì)軸溫轉(zhuǎn)換器的電源模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，包含以下內(nèi)容：

（1）軸溫轉(zhuǎn)換器電源模塊變壓器的電感精度由25%提高至10%;

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

（3）軸溫轉(zhuǎn)換器電源模塊輸入端增加壓敏電阻。

4 改過(guò)效果

設(shè)計(jì)優(yōu)化后的軸溫轉(zhuǎn)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(dòng)車組運(yùn)行秩序。

參考文獻(xiàn)：

[1]CRH1型動(dòng)車組設(shè)計(jì)原理圖.

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