摘要：本文针对某型内燃机车功率继电器（PCR）频繁发生非正常切除、未接通故障进行了研究。从硬件层面分析排除继电器电寿命及相关线路接线不良问题，继而通过在机车上加装监控记录仪监测 PCR 通断信号，定位故障根源。为解决继电器异常故障，微机软件增加冗余驱动，通过装车试验验证此方案的有效性。

关键词：PCR；PCR 动力切除；PCR 未接通；监控记录仪；冗余驱动

一、引言

继电器具有导通状态低阻和断开状态绝缘的特性，广泛用于列车、飞机、船舶、卫星等领域[1]。继电器具有高可靠性、高灵敏度、低功率、抗干扰能力强、易于集成、长寿命等优点 [2]。某型内燃机车中 PCR 继电器用于控制整组列车的加载与否，若在机车重载闯坡发生此类故障，则会造成机车倒溜或机破，造成不可忽视的后果。文献 [3] 针对电磁继电器退化故障的问题，提出一种基于时间参数融合的电磁继电器故障检测方法，实验结果表明此方法能够有效提高继电器退化故障的检测性能。

考虑到 PCR 本身电寿命问题及微机的控制逻辑，因针对某型内燃机车 PCR 故障频发，研究人员需要从软件和硬件方面入手，研究其发生故障的原因。

二、研究过程

（一）故障调研

1. 数据分析

通过分析故障机车 CMD 数据，PCR 异常故障发生时，司机控制器档位信号跳变，由此判定故障时 PCR 继电器确实断电打开。从数据分析可知，PCR 异常故障分为两种情况：

① PCR 动力切除：不满足 PCR 断电打开条件的非正常微机PCR 驱动断开；

② PCR 未接通：不满足 PCR 断电打开条件的 PCR 断开而微机软件仍正常驱动。

2. 原因分析

检查改装 CAB 制动机后的软件，发现 PCR 动力切除故障与PCR 驱动所调用的开环使能模块有强相关性，软件运行过程中可能触发驱动的非正常断开。

PCR 未接通故障可能由 PCR 继电器本身、控制线路、微机硬件或底层软件引起。

（二）软、硬件排查

针对 PCR 动力切除故障，替换了 PCR 驱动的问题使能模块。机车替换软件后，未再发生PCR 动力切除故障。

针对PCR 未接通故障，进行了以下工作：

1. 继电器排查

在故障机车上将 PCR 继电器由沙尔特宝 145 继电器换型为SMIT 继电器，其结构形式和电气接口均不同。

2. 控制线路排查

在故障机车上进行了 PCR 驱动电线路排查，检查线路电缆、端子、连接器插针状态，未见异常。

经分析，继电器触点接线不良会造成继电器偶发功能失效。因此对故障机车的PCR 继电器线路进行改造，通过增加过渡端子排，减少 PCR 触点上的接线数量，避免触点受力。改造完成的原理如图1 所示：

3. 微机驱动排查（1）监控记录仪

的自保触头电压、线圈正端和负端电压，通过这三组电压数据判断故障是否由微机驱动引起。

（3）监控记录仪接线原理

监控记录仪能挂接在任何可产生电流与电压位置的设备上，且电压、电流监测范围较大，并可连续存储约 30 天的数据，特别适合于机车上各类接触器、交流电机工况的测量，捕获偶发故障的特点。

为排查微机驱动是否存在问题，从根本上解决“PCR 未接通”故障，在故障机车上临时加装监控记录仪。分别记录 PCR 继电器（三）故障（电压）记录装置数据分析

机车加装监控记录仪运行一周后，通过 MATLAB 对存储数据进行处理，和机车 CMD 故障数据进行对比。选取抓取的典型故障记录如下：

注：绿色曲线为线圈负端对控制负端电压，微机驱动时 0V，断开时 74V；蓝色曲线为线圈正端电压，线圈得电自保时为 74V；红色曲线为线圈自保触点前端电压，正端电路正常时为74V。

（四）故障原因确定

从故障曲线可知，微机驱动线圈负端实际断开， 10ms 后继电器自保触头断开，司控器手柄回零后复位。因此，确定 PCR 未接通故障由微机驱动断开引起，而微机逻辑上未驱动线圈负端断开，判定故障由微机硬件或底层软件引起。

三、方案验证及实施效果

（一）方案验证

1. 针对 PCR 非正常切除，替换了微机软件中的 PCR 驱动的问题使能模块，进行了厂内装车和厂外软件更新。

2.“PCR 未接通”故障由微机驱动失效引起，为增加微机驱动可靠性，制定了PCR 微机冗余驱动方案。

（二）实施效果

修订微机软件后和制定 PCR 微机冗余驱动方案后，运行半年以来，某型内燃试验验证机车未再提报“PCR 动力切除”和“PCR未接通”故障，图 2 可以看出 PCR 故障整改方案效果明显，故障得以有效解决。

四、展望

机车电气故障中最难处理的就是“活”故障，如继电器故障发生时间、频率不确定、故障自动复位，抓取困难。该监控记录仪的数据周期为毫秒级，可以记录电压数据、电流数据 ( 配合电流互感器 )，数据存储时间长，配合 MATLAB 软件进行数据处理，转化图形分析。后期监控记录仪还可以进行温度信号、频率量信号扩展，甚至可以对监控记录仪进行功能扩展，与 6A 和 CMD 关联，实现继电器健康度诊断。

参考文献

[1] 翟国富 , 崔行磊 , 杨文英 . 电磁继电器产品及研究技术发展综述 [J]. 电器与能效管理技术 ,2016,(02):1-8.

[2] 王海鸥 , 王成娟 . 浅谈继电器的几种特性 [J]. 机电元件 ,2022,42(05):62-64.

[3] 雷晓犇 , 王浩 , 肖乔元 , 等 . 基于时间参数融合的电磁继电器故障检测 [J]. 空军工程大学学报 ,2024,25(06):16-25.

李成洲（1999.8-），男，汉族，江苏盐城人，硕士，助理工程师，研究方向：电气设计师