動車組總配電盤母板銅箔熔斷調(diào)查分析

李建民

摘要：動車組在運行過程中常出現(xiàn)ATP＼LKJ黑屏、緊急制動故障，檢查后發(fā)現(xiàn)動車組總配電盤母板X號線銅箔出現(xiàn)斷點導(dǎo)致故障發(fā)生。除X號線銅箔出現(xiàn)斷點外，還有其它部位也出現(xiàn)異常，經(jīng)進一步試驗后確認銅箔出現(xiàn)斷點的原因為銅箔被熔斷。本文借鑒可靠性工程相關(guān)知識，通過對總配電盤母板銅箔熔斷原因查找，實現(xiàn)了配電盤結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)過程的多項生產(chǎn)工藝改進，從源頭消除了總配電盤母板銅箔熔斷故障，保證了車輛運行的安全可靠。

關(guān)鍵詞：動車組;配電盤;可靠性;分析驗證

1.研究目的

按照動車組電路板電流設(shè)計標準，總配電盤母板銅箔應(yīng)滿足相關(guān)要求：銅箔設(shè)計寬度為Xum，銅箔設(shè)計厚度為Xum，根據(jù)敷銅厚度PCB載流設(shè)計，按照銅箔設(shè)計寬度（Xmm）的額定載流電流XA（X℃溫升），設(shè)計寬度（Xum）的額定載流電流XA（X℃溫升）。

2 可靠性研究

可靠性工程是一門研究產(chǎn)品缺陷或故障的發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律，進而解決缺陷或故障的預(yù)防和糾正從而使缺陷或故障不發(fā)生或盡可能少發(fā)生的學科，產(chǎn)品可靠性是產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要的組成部分。因此針對總配電盤母板銅箔熔斷故障問題，我們將從設(shè)計、制造和管理方面進行分析研究，并確定最終改進措施，如圖1所示。故障樹是一種特殊倒立樹狀的邏輯因果關(guān)系圖，以一個不希望發(fā)生的產(chǎn)品故障事件或災(zāi)難性危險事件即頂事件作為分析的對象，通過由上向下的嚴格層次的故障因果邏輯分析，逐層找出故障事件的必要而充分的直接原因（包括硬件、軟件、環(huán)境、人為因素等），畫出故障樹，最終找出導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有可能原因和原因組合，在有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時可計算出頂事件發(fā)生的概率和底事件重要度等。

3 總配電盤母板的功能和失效模式分析

3.1供電回路分析梳理

對動車組總配電盤母板X號線供電回路分析梳理，總配電盤母板X號線電源連接總配電柜內(nèi)部繼電器和總配電盤母板CN14插X針;總配電盤母板CN14插X針連接總配電盤子板C板和總配電盤子板E板。根據(jù)統(tǒng)計，總配電盤子板C板X號線最大電流XA。

3.2對ATP/LKJ黑屏原理分析

當主控繼電器失電常開觸點斷開時，控制ATPPK閉合的XA線無法得電，ATP系統(tǒng)無法正常啟動（黑屏）;同時控制LKJPK閉合的XA2線無法得電，LKJ系統(tǒng)無法正常啟動（黑屏）。

3.3 對緊急制動原理分析

當X號線斷開后，車輛速度大于5公里時，5SR繼電器常開觸點斷開，串聯(lián)在緊急制動環(huán)路中總風壓力繼電器失電，緊急制動環(huán)路斷開，車輛發(fā)生緊急制動。

3.4最終故障影響分析

當動車組總配電盤母板X號線銅箔熔斷時，導(dǎo)致車輛主控丟失，進而造成ATP/LKJ黑屏、車輛緊急制動故障的發(fā)生。

4 電路板實驗室分析檢查

4.1外觀檢查

采用影像放大儀進行放大測試檢查，發(fā)現(xiàn)2塊電路板都存在導(dǎo)線油墨發(fā)黑。4.2 剝離強度試驗檢查

通過剝離強度試驗檢查后，確認電路板銅箔剝離強度符合標準要求。

4.3 切片試驗檢查

通過切片試驗檢查后，顯示燃燒部分局限在銅箔導(dǎo)線位置，周圍基材未發(fā)現(xiàn)缺陷。

4.4 銅箔材質(zhì)試驗檢查

進行銅箔材質(zhì)試驗檢查，按照IPC-4562標準要求，銅箔中銅含量應(yīng)大于99.8%，材質(zhì)試驗結(jié)果滿足標準要求。

4.5 銅箔線路對地浪涌測試檢查

隨機抽取此型動車組總配電盤成品進行對地浪涌測試，將總配電盤母板X號線連接測試設(shè)備電源正極，總配電盤接地螺栓處連接負極，同時將總配電盤主板上所有連接器全部拔出，按照GB/25119中浪涌沖擊電壓要求，試驗后檢查電路板，確認X號線及其附近線路無綠油起泡、變色等異常現(xiàn)象。

4.6銅箔耐電壓測試檢查

將Xmm²線纜緊貼在沒有綠油的銅箔表面，使用耐壓測試儀進行普通線纜（無水）、普通線纜（有水）、帶網(wǎng)管線纜（無水）、帶網(wǎng)管線纜（有水）4種狀態(tài)下銅箔耐壓測試，檢測結(jié)果合格。

4.7 能譜及離子色譜分析試驗檢查

針對電蝕銅箔存在疑似腐蝕現(xiàn)象，進行能譜分析，發(fā)現(xiàn)銅箔異常區(qū)域有O、Cl元素聚集，銅箔存在氧化和腐蝕現(xiàn)象，如圖2所示。

為進一步確定腐蝕物含量，采用離子色譜分析法萃取燒蝕銅箔處表面離子，放入離子色譜儀中檢測離子含量，檢測結(jié)果顯示線路板表面臟污，如圖3所示。

5 結(jié)論

通過以上論述發(fā)現(xiàn)，電路板外觀存在油墨發(fā)黑、脫落起泡、表面臟污現(xiàn)象，離子污染物對印制電路板的破壞力極大，在潮濕環(huán)境下具有酸性的離子污染物還可以直接腐蝕銅引線、焊點及元器件，導(dǎo)致產(chǎn)生電路失效、電路的信號發(fā)生變化、電路板出現(xiàn)電遷移、腐蝕以及涂敷層的附著力下降等問題。

綜上所述，可確定由于總配電盤母板銅箔表面存在污垢（離子性污垢），并對銅箔形成腐蝕，且在高溫高濕環(huán)境下腐蝕發(fā)展較快，最終造成總配電盤母板銅箔熔斷。