高速動車組控制電路偶發性故障診斷方法研究

摘 要：本文通過系統梳理典型偶發性故障特點，分析高速動車組控制電路偶發性故障產生的機理，研究診斷此類故障方法和監測設備，準確分析問題，采取有效解決措施，提高此類故障的診斷水平和手段，保證高速動車組運行秩序和安全。

關鍵詞：高速動車組；控制回路；接插件；半導體；繼電器；控制指令；偶發性故障

中圖分類號：F40 文獻標識碼：A

1概述

高速動車組是一種高速移動的客運裝備，具有系統集成度高、運營環境復雜的特點，其控制回路作為動車組控制神經中樞，控制元器件多、回路接點多，在復雜電磁場、高速移動產生的各種沖擊震動等復雜工作環境下，控制回路中半導體元器件、電路插接件易出現瞬間擊穿后恢復或接觸不良等問題，因上述問題引發控制回路出現錯誤指令而導致各種故障，由于控制系統復雜，問題又具有偶發性，在庫內進行檢修時很難發現故障點，為動車組上線運行埋下隱患。因此有必要根據控制回路結構、故障特點，研究處理此類故障的處理方法，提高此類故障診斷處理水平和效率，保證高速動車組運行秩序和安全。

2高速動車組控制回路系統原理和故障特點

2.1高速動車組控制回路系統原理

控制回路系統原理特點和示意圖：高速動車組整個控制回路由多級控制回路構成，整個回路使用的接觸器、繼電器、光耦等半導體元器件數量特別多，回路線路貫穿整列動車組，回路中包含多個壓接端子、連接器構成的接線點，具體原理示意圖如圖1：

2.2常見故障種類和特點

（1）高頻震動引發接線點接觸不良導致的指令瞬斷問題：高速動車組控制回路中含有大量的連接器插針、接線端子構成的接線點，這些接線點在動車組高速運行過程中產生的高頻震動作用下，個別端子出現瞬間接觸不良引發控制指令中斷，導致動車組偶發性故障。

（2）繼電器觸點電蝕在高頻震動環境下接觸不良導致的指令瞬斷問題：高速動車組控制回路中含有大量的繼電器，這些繼電器觸點長期在復雜的電氣環境中工作，浪涌電壓等造成個別繼電器觸點電蝕表面局部碳化，出現電蝕表面局部碳化的繼電器觸點在動車組高速運行過程中產生的高頻震動作用下瞬間接觸不良，引發控制指令中斷，導致動車組偶發性故障。

（3）半導體元器件在復雜電氣環境下瞬間截止不良導致指令異常問題：高速動車組控制回路中含有光耦、續流二極管等半導體元器件，這些半導體元器件長期在復雜的電氣環境中工作，浪涌電壓等易造成半導體元器件瞬間擊穿導通，引發異常控制指令輸出，導致動車組偶發性故障。

（4）典型故障波形：控制回路接線點松動引發控制指令異常中斷，見圖2。

（5）故障特點：

①故障具有偶發性、隱蔽性：控制回路瞬間中斷或異常輸出，故障持續的周期非常短，隨車人員來不及檢查，故障現象已經消失。

②故障通過試驗手段不易檢測：由于無法模擬動車組復雜的運行環境，故障通過靜動態試驗無法模擬再現。

③影響高速動車組運行秩序：動車組控制回路控制動車組的牽引、制動輸出，控制回路指令異常極易造成停車晚點故障。

④故障點不易查找，影響動車組上線運行：由于故障具有隱蔽性，往往在一定的周期內發生在特定的環境下，造成難以查找處置，為動車組后續上線運行埋下隱患。

3故障查找方法和監測設備研究

3.1常用方法

一般的故障現象長期存在，根據系統原理結合故障現象，分析出故障部件或部位，更換故障部件或修復故障部位故障即可消除；但對于偶發性故障，由于故障現象持續時間單位為毫秒級，很難結合系統原理分析出具體的故障部件或部位；例如對于接線點松動問題，一般可以采用低電阻測試儀測試，但高速動車組接線點的松動是在特定的環境下才發生，因故障發生的環境無法模擬，因此無法測定；另外整個控制回路由數量巨大的元器件、接線點組成，更換配件排除故障的方法顯然不適用。

3.2控制回路偶發性故障查找方法和設備研究

通過控制回路系統原理、控制回路常見偶發性故障種類和特點可以看出，這類故障主要是接觸不良等造成的電壓信號中斷，動車組控制回路的電壓一般在100V以下，常用的低電壓計數器可測試電壓的中斷情況，并且這種電壓計數器體積小，容易臨時安裝。如下圖，可在整個控制回路選取一定數量的測量點，監測電壓的中斷情況，正常的控制指令，同一條回路斷開的次數應該一致，在控制回路發生異常中斷時，中斷點后的電壓計數器記錄的電壓中斷次數會比前面多一次，根據這種情況可縮小故障的查找范圍，當故障點縮小到一定范圍（一般縮小到同一個車廂10個以下的接線點和器件），可改用示波器量化測試具體電氣參數，分析故障原因是浪涌等異常電壓導致還是松動導致，判斷故障部件或部位，進行故障修復處理。

結語

通過上述方法，實現了對動車組龐大的控制系統回路偶發性故障的監測，通過對監測數據的分析，逐步縮小故障范圍，查找判斷處置故障，提高了此類故障的診斷手段和水平，保證高速動車組運行秩序和安全。

參考文獻

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