CRH1型动车组轴温传感器故障调查及解决措施

摘 要：CRH1型动车组频繁发生的轴温传感器故障对动车组正常运行秩序造成干扰，本文针对故障的原因进行调查并提出改进措施，改进设计后未再发生故障。

关键词：轴温传感器;轴温转换模块;原因分析;改进措施

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

1 故障描述

CRH1型动车组投入运行后，发生多起因轴温转换模块问题导致的轴温传感器故障，对动车组运输秩序造成较大干扰。

2 原因分析

2.1 轴温监控系统设计原理

CRH1型动车组每个轴均分布有轴温传感器用于实时监控转向架轴端的温度，并将测量的信号传送给轴温转换模块处理，轴温转换模块将其转化为电信号输送至AX模块（模拟输入输出模块），AX模块再将信号传输给TC-CCU（列车控制单元），最终将轴温信息显示在IDU（智能显示单元）上。

单车单架轴温报警系统示意如下图：

TCMS系统（列车控制和通讯系统）判定：若轴温小于-45℃，则报出X轴X位轴温传感器故障（A类警报），并在IDU上显示出来，提醒司乘人员进行处理。

2.2 故障处理

在处理故障时发现轴温转换模块输出电源指示灯不亮，更换轴温转换模块后故障消除。

2.3 故障件分析

对故障轴温转换器进行拆解分析：

（1）电源连接线的绝缘性能及连续性检测正常。

（2）电源模块输入 110VDC 电压后，应输出两路±5VDC，但实测输出电压值均为0V。

（3）分解电源模块，发现稳压二极管1N4759A损坏。更换稳压二极管后，检测电源模块功能正常。

2.4 故障件的解剖分析

（1）电源模塊原理简介。轴温转换器核心器件采用时进口的芯片TOP227，其典型应用电路如下：

图中红色标注的P6KE200A是一个瞬态电压抑制器，简称“TVS管”，作用是保护TOP227的漏极不被击穿。

基本原理如下：当典型应用电路的输入为220VAC时，整流后的直流电压Ve约为300VDC ，在开关电源通断的瞬间，TVS管P6KE200A 能够TOP227 漏极电压钳位在Ve+200 V（即500VDC），从而充分保护TOP227。

（2）故障原因分析。为找到稳压二极管1N4759A损坏的原因，通过以下试验步骤进行分析：

1）输入过电压试验： 将输入电压从110VDC逐步升至200VDC，每一个测试点测试十秒钟，经过对三个模块的反复试验，未发现电源模块损坏。在对没有加稳压二极管1N4759A的模块测试时，发现在上电的瞬间有高于稳定电压数倍的尖峰电压。这一现象与车组激活时轴温转换器出现的故障相吻合。

2）雷击浪涌试验：使用雷击浪涌发生器和雷击浪涌专用隔离调压器，施加浪涌电压从1000V至2500V，未发现电源模块故障。

3）稳压二极管1N4759A性能试验： 为确认是否由于稳压二极管1N4759A质量问题造成电源模块故障，使用晶体管特性图示仪，对1N4759A 随机抽样100个（与故障轴温转换器使用的1N4759A为同一批次）进行检测，通过伏安特性曲线，确认为合格。

检测故障电源模块中的1N4759A，检测结果不合格。

检测结论：①图示仪能够有效检测 1N4759A 的性能及状态。②100 个库内4759A 样品的伏安特性曲线都满足技术规格要求。③排除因稳压二极管1N4759A 质量问题导致电源模块故障。

4）稳压二极管1N4759A反向过流试验： 进一步探究导致1N4759A发生故障的原因，设计了以下检测电路（图3）。

通过观察电阻R1两端的波形，验证是否存在其它器件对1N4759A功率负荷产生影响。

选取不同批次的电源模块，以及与故障件同批次的电源模块各进行对比实验，发现电阻R1 两端波形有差异。早期的电源模块反向电动势的波形幅度小且持续时间短，而与故障件同批次电源模块的反向电动势的波形幅度大且持续时间长，从而说明电源模块存在问题对稳压二极管1N4759A 功率负荷产生影响。

5）变压器性能试验： 将变压器电感量精度从原有的25%提升至10%， 200个变压器精度提高的电源模块一次检验合格率为99%，而故障轴温转换器同一批次电源模块的一次检验合格率为96%。结果显示，新变压器的性能优于旧变压器。

2.5 结论

根据以上调查确认轴温转换模块故障原因为：轴温转换器电源模块内变压器的电感量虽然满足精度要求，但存在制造差异，导致轴温转换器的稳压二极管1N4759A 承受的瞬间能量超过限值，最终导致击穿。

3 应对措施

对轴温转换器的电源模块进行设计优化，包含以下内容：

（1）轴温转换器电源模块变压器的电感精度由25%提高至10%;

（2）轴温转换器电源模块中，用TVS 管P6KE200A 替代稳压二极管1N4759A;

（3）轴温转换器电源模块输入端增加压敏电阻。

4 改过效果

设计优化后的轴温转换模块装车后，未再发生同类型故障，有效的确保了正常的动车组运行秩序。

参考文献：

[1]CRH1型动车组设计原理图.

作者简介：王春征（1971-），男，河北唐山人，本科，中级工程师，研究方向：铁道车辆。