打开文本图片集

摘要：随着高速铁路运营密度的增加，动车组电气系统故障对运输安全的影响日益凸显。本文针对CRH2C型动车组总配电盘热损故障，通过现场数据采集、电气原理分析及部件拆解检测，揭示了152线短路引发的连锁反应是导致故障的根本原因。研究发现，EBFBR继电器续流二极管击穿导致大电流流经总配母板薄弱铜箔，引发热损并扩展至相邻回路。结合故障机理，提出了包括配电盘返厂检修、熔断器普查、重联电气结构优化等针对性措施，为同类型动车组电气系统可靠性提升提供了技术参考。

关键词：CRH2C动车组总配电盘热损故障短路分析

CRH2C型动车组作为我国高速铁路主力车型之一，其电气控制系统的可靠性直接影响列车运行安全。总配电盘作为全车电气指令传输的核心枢纽，集成了制动指令、高压控制等关键回路，一旦发生故障可能导致紧急制动、供电中断等严重后果。前期CRH2C型重联动车组在运行中突发总配电盘热损故障，引发司机室火灾报警及救援处置，造成较大运输延误，本文通过对该故障的深入分析，揭示其失效机理并提出改进策略，为动车组电气系统检修及设计优化提供依据。

1结构原理

1.1电气逻辑及原理

CRH2C平台动车组为8辆编组（6动2拖），在01、00车司机室设置总配电柜，各车设置运行配电柜及服务配电柜^[1]。通过贯穿线将各电气柜内继电器连接。快速制动指令线152线在列车重联时经过电钩全列贯穿。通过主控车的车辆紧急制动继电器（JTR）常开触点、ATP紧急制动继电器（EBR）常开触点以及快速制动继电器（BFR）常开触点给152母线供电，将快速制动指令发送给各车的BCU。根据故障导向安全原则，该制动指令为失电触发制动，152线为常得电状态。152线可在00车通过联解切换器切断。

总配电柜由运行指令接触器盘（上部）、总配电盘（中部）、继电器电阻盘（左侧）和LJB1（下部）组成。总配电盘主要由线路板机箱和盘面电气件组成。机箱包括1块母板和6块子板（A～F板），母板包含QE连接器（CN1～CN5）、金手指插槽（与子板A～F连接）和苏里奥连接器（与盘面电气件连接）。

1.2印刷电路板铜箔载流能力

总配电盘母板及子板印刷电路板是由绝缘基材（瞬间耐受温度150℃）和铜箔（熔点1083.5℃，沸点2595℃）组成，铜箔主要起载流及信号传输作用，载流能力由铜箔的宽度和厚度决定^[2]。

母板：4层印刷电路板，板厚2.2mm，铜箔厚度约35μm，铜箔宽度0.5-2mm，相邻铜箔需间隔1.1mm以上，确保电气绝缘间隙。

子板：2层印刷电路板，板厚1.6mm，铜箔厚度约35μm，铜箔宽度0.5-2mm，相邻铜箔间距1.1mm以上。

铜箔厚度35μm的印刷线路板铜箔载流量见下表：

总配母板152线为0.5mm宽的铜箔，位于总配母板第二层。

1.3快速制动信号反馈（EBFBR）继电器

该继电器为Morssmitt（施密特）公司生产的插入式外置继电器，型号为D-U204-KLC，带有四组转换接点，装有反电动势保护二极管和电磁吹弧装置，线圈标称阻值为5250±10%Ω。

寿命要求：该继电器的寿命为18年，出于对车辆运营安全的考虑，结合次轮四级修（720万公里约12年）对其进行更换。线圈参数：该继电器线圈额定电压DC110V，最小工作电压77VDC，最大工作电压DC137.5V，线圈阻值为5250±10%Ω。绝缘等级：C级，380V，50Hz/450VDC，IEC255-5。

1.4续流二极管

继电器线圈电流突然的减少时，线圈二端会产生突变电压，可能会破坏系统中其他元件。配合续流二极管时，线圈电流可以较平缓地变化，避免突变电压的发生。CRH2型动车组升降弓时152线上的浪涌电压为1200V左右，个别动车组可能更高。同时，路况和弓网拉弧干扰不同，在特定条件下也可能产生浪涌电压影响二极管。因此，通过对比国际知名品牌二极管的性能参数，择优选用美国VISHAY^[3]品牌，型号：BY448GP。主要特性见下表：

1.5熔断器

前期CRH2型动车组重联运行过道岔区时出现不明原因紧急制动、自动降弓、BCU跳空开、重联端自动解钩以及制动级位跳变等接地回流不畅问题，分析为当铁轨路况变差（如道岔连线接触电阻过大）致使两段有绝缘节连接的钢轨等效阻抗变大，牵引电流在钢轨等效阻抗上形成的电压差随之增大，当压差升高到一定幅值时会影响控制电路导致误动作。故后续加装利用电钩内9根冗余1.25mm²电缆、插针，可满足20-60A电流通过要求，并有充足的余量（容量可以达到80A以上）。同时，为防止大电流通过车钩引起电缆和电气连接器热损、热损后易产生搭接短路进而影响其他控制线路等问题，在01车设置了80A熔断器（额定80A，1500A/10mS）对其进行保护^[4]。

2故障机理分析

2.1原理分析

根据现车排查情况及故障总配母板拆解检查情况，总配电盘所有热损回路均为正线，仅2-152线在总配母板上存在完整的过流热损路径（电路板进、电路板出），分析为2-152线回路为最先热损回路，其他热损回路均为2-152线故障扩展导致。进一步检查发现总配电盘外152线回路对地绝缘阻值为零。

根据整车逻辑，故障时刻为车组运行时，车内的JTR/EBR/BFR均得电。根据排查结果，152线回路中EBFBR继电器线圈阻值为0.3Ω（正常阻值为5250Ω±10%）。分析01车（重联端）152线回路的EBFBR继电器线圈对地短路后，经全列的152线在01车的EBFBR位置短路接地，短路大电流流经00车的总配电盘电路板，由于电路板载流量相比硬线较小，是整个回路的薄弱环节，导致最先热损。由于全列152线仅由主控端总配母板2号线提供电源，接地回路不经过其他头车总配母板，所以其他头车总配母板无热损现象。

2.2热损过程

动车组EBFBR继电器内部与线圈并联的二极管被击穿，导致152线短路。152线短路后，回路电阻变小，电流增大。电流从主控端流经车内总配电柜内的总配母板，再通过全列贯通线到达各司机室EBFBR继电器。整条回路中，由于总配母板铜箔载流量最小，为回路薄弱点，导致总配母板铜箔最先发生热损。

总配母板上的152线铜箔热损导致线路板绝缘基材绝缘性能下降，同层相邻的线路逐步热损（包括140L辅助制动指令线），同层线路大面积热损后，破坏层间绝缘导致相邻层热损，热损范围扩大，热损区域有大量100v正线，在持续通电的情况下，其他层的线路也发生热损（包括148显示灯电源线）。由于152出线在CN3连接器内，导致CN3连接器热损。后期因车辆断电，热损结束。

2.3152线接地电流计算

（1）车辆配线阻值计算

求得：I=91/5.61=16.22A

根据计算，蓄电池电压在91V时，152线现车短路电流值约为16.22A，短路过流后因铜箔及回路导线温度上升，152线线组会进一步上升，短路电流会进一步下降。

（4）总配母板152线为0.5mm宽的铜箔，位于总配母板第二层，设计标准1.35A，根据0403列故障发生后的母板过载试验，内层铜箔在电流超过8A时，3min后严重发黑碳化，周边铜箔受损。结合数据分析自VCB断开（推测此时EBFBR二极管击穿），至152线出现异常（车辆开始异常施加快速制动力）间隔21s，推测故障发生初始152线短路电流在8-16A之间。

2.4EBFBR继电器故障原因分析

根据继电器故障现象分析，续流二极管击穿原因可能与前期受电弓撞鸟、车体放电故障有关（但不能排除继电器自身存在质量问题）。接触网对车体放电，此时因存在钢轨回流不畅，导致车体电压未能及时沿绿色路径经由本列车接地电阻泄放，车体电压沿蓝色和红色路径经由回流情况更好的车体至接地电阻泄放。

沿蓝色路径泄放的过程造成车组80A保险出现软损伤。沿红色路径泄放的过程，会让动车组控制回路中继电器续流二极管、压敏电阻承受过流冲击，让控制回路中继电器续流二极管、压敏电阻等承受过压冲击。造成空压机同步贯穿线负载继电器（JCMR）续流二极管立即发生击穿短路。并对全列贯通控制回路中二极管、压敏电阻元件造成软损伤。已经软损伤的EBFBR续流二极管击穿，引起152回路短路接地，152回路中最薄弱的PCB板铜箔发生热损。

3处置措施与可靠性提升策略

（1）优化重联电气连接结构，确保故障时可完全分断。梳理CRH2C型动车组主要贯穿电路共涉及21个功能（32根电缆）。其中10根电缆未经过联解切换器，涉及VCB/EGS状态监测、停放施加和乘客火灾报警、升降弓、合断VCB等指令，研究增加到联解切换器中，故障后可通过联解切换器将重联车电气连接部分完全分断。

（2）增加熔断保护装置，避免总配母板热损。在总配电盘内增加熔断器组件，在全列贯穿的关键回路内串入熔断器。若回路发生接地故障，熔断器可自动熔断并断开回路电源以保护总配母板，可有效避免总配母板铜箔过流热损故障发生。在熔断器组件进出线位置增加状态指示灯，显示熔断器状态（当进出线指示灯均点亮，表示熔断器工作正常；当进线指示灯点亮，出线指示灯熄灭时，表示熔断器断开），便于检修维护。

（3）优化车体连接方式，降低熔断器熔断风险。大电流冲击熔断器可能导致熔断，熔断后，重联车辆的可靠回流线断开，只能通过钢轨进行回流，若车辆经过道岔等钢轨连接不良位置时，前后编组之间的回流负线电阻突然增大，负线电压抬升，正负线之间的控制继电器等负载压差将减小，可能导致其误动作，引发车辆的紧急制动等异常现象。为降低此风险，计划在机械钩与车体之间增加的硬线可靠连接，重联车辆机械钩之间再通过接触面和定位机构导通，从而通过机械钩将重联车辆的车体连接导通，分担高压放电、道岔连接不良等异常情况对熔断器的冲击电流，减低熔断器断开概率。

（4）优化途中应急处置措施。完善故障应急处置手册，在出现全列VCB异常显示闭合且操作VCB切除无效的情况下，随车机械师应立即检查VCB车厢的[显示灯电源]断路器是否断开，并通过弓网视频或车下确认受电弓升起状态。

4结论

本文从结构原理和故障原因入手，深入研究了CRH2C型动车组配电盘烧损的过程，为CRH2C型动车组总配电盘故障诊断提供了完整的技术路径，同时对各个部件进行结构梳理、原因分析，并针对性地提出了改进措施，相关措施已纳入检修规程，这些措施能够大大降低CRH2C型动车组配电盘热损故障的概率，能够显著提升动车组运行可靠性。

参考文献

[1]续晓雨.CRH2型动车组制动控制系统设计[D].大连交通大学，2020.000491.

[2]钱晓峰.ProtelDXP2004印刷电路板设计方法[J].科技信息，2011，（07）：532-533.

[3]罗毅飞，肖飞，唐勇等.续流二极管续流瞬态反向恢复电压尖峰机理研究[J].物理学报，2014，63（21）：333-341

[4]毛启东，沈兵，庄劲武，等.直流熔断器低过载电流的开断性能优化及其结构设计[J].高电压技术，2020，46（11）：3864-3870.

作者简介：李涛，1986年2月，男，满族，辽宁铁岭，大学本科，中国铁路上海局集团有限公司调度所，工程师，动车组运用