动车组总配电盘母板铜箔熔断调查分析

李建民

摘要：动车组在运行过程中常出现ATP＼LKJ黑屏、紧急制动故障，检查后发现动车组总配电盘母板X号线铜箔出现断点导致故障发生。除X号线铜箔出现断点外，还有其它部位也出现异常，经进一步试验后确认铜箔出现断点的原因为铜箔被熔断。本文借鉴可靠性工程相关知识，通过对总配电盘母板铜箔熔断原因查找，實现了配电盘结构以及生产过程的多项生产工艺改进，从源头消除了总配电盘母板铜箔熔断故障，保证了车辆运行的安全可靠。

关键词：动车组;配电盘;可靠性;分析验证

1.研究目的

按照动车组电路板电流设计标准，总配电盘母板铜箔应满足相关要求：铜箔设计宽度为Xum，铜箔设计厚度为Xum，根据敷铜厚度PCB载流设计，按照铜箔设计宽度（Xmm）的额定载流电流XA（X℃温升），设计宽度（Xum）的额定载流电流XA（X℃温升）。

2 可靠性研究

可靠性工程是一门研究产品缺陷或故障的发生和发展的规律，进而解决缺陷或故障的预防和纠正从而使缺陷或故障不发生或尽可能少发生的学科，产品可靠性是产品质量的一个重要的组成部分。因此针对总配电盘母板铜箔熔断故障问题，我们将从设计、制造和管理方面进行分析研究，并确定最终改进措施，如图1所示。故障树是一种特殊倒立树状的逻辑因果关系图，以一个不希望发生的产品故障事件或灾难性危险事件即顶事件作为分析的对象，通过由上向下的严格层次的故障因果逻辑分析，逐层找出故障事件的必要而充分的直接原因（包括硬件、软件、环境、人为因素等），画出故障树，最终找出导致顶事件发生的所有可能原因和原因组合，在有基础数据时可计算出顶事件发生的概率和底事件重要度等。

3 总配电盘母板的功能和失效模式分析

3.1供电回路分析梳理

对动车组总配电盘母板X号线供电回路分析梳理，总配电盘母板X号线电源连接总配电柜内部继电器和总配电盘母板CN14插X针;总配电盘母板CN14插X针连接总配电盘子板C板和总配电盘子板E板。根据统计，总配电盘子板C板X号线最大电流XA。

3.2对ATP/LKJ黑屏原理分析

当主控继电器失电常开触点断开时，控制ATPPK闭合的XA线无法得电，ATP系统无法正常启动（黑屏）;同时控制LKJPK闭合的XA2线无法得电，LKJ系统无法正常启动（黑屏）。

3.3 对紧急制动原理分析

当X号线断开后，车辆速度大于5公里时，5SR继电器常开触点断开，串联在紧急制动环路中总风压力继电器失电，紧急制动环路断开，车辆发生紧急制动。

3.4最终故障影响分析

当动车组总配电盘母板X号线铜箔熔断时，导致车辆主控丢失，进而造成ATP/LKJ黑屏、车辆紧急制动故障的发生。

4 电路板实验室分析检查

4.1外观检查

采用影像放大仪进行放大测试检查，发现2块电路板都存在导线油墨发黑。4.2 剥离强度试验检查

通过剥离强度试验检查后，确认电路板铜箔剥离强度符合标准要求。

4.3 切片试验检查

通过切片试验检查后，显示燃烧部分局限在铜箔导线位置，周围基材未发现缺陷。

4.4 铜箔材质试验检查

进行铜箔材质试验检查，按照IPC-4562标准要求，铜箔中铜含量应大于99.8%，材质试验结果满足标准要求。

4.5 铜箔线路对地浪涌测试检查

随机抽取此型动车组总配电盘成品进行对地浪涌测试，将总配电盘母板X号线连接测试设备电源正极，总配电盘接地螺栓处连接负极，同时将总配电盘主板上所有连接器全部拔出，按照GB/25119中浪涌冲击电压要求，试验后检查电路板，确认X号线及其附近线路无绿油起泡、变色等异常现象。

4.6铜箔耐电压测试检查

将Xmm²线缆紧贴在没有绿油的铜箔表面，使用耐压测试仪进行普通线缆（无水）、普通线缆（有水）、带网管线缆（无水）、带网管线缆（有水）4种状态下铜箔耐压测试，检测结果合格。

4.7 能谱及离子色谱分析试验检查

针对电蚀铜箔存在疑似腐蚀现象，进行能谱分析，发现铜箔异常区域有O、Cl元素聚集，铜箔存在氧化和腐蚀现象，如图2所示。

为进一步确定腐蚀物含量，采用离子色谱分析法萃取烧蚀铜箔处表面离子，放入离子色谱仪中检测离子含量，检测结果显示线路板表面脏污，如图3所示。

5 结论

通过以上论述发现，电路板外观存在油墨发黑、脱落起泡、表面脏污现象，离子污染物对印制电路板的破坏力极大，在潮湿环境下具有酸性的离子污染物还可以直接腐蚀铜引线、焊点及元器件，导致产生电路失效、电路的信号发生变化、电路板出现电迁移、腐蚀以及涂敷层的附着力下降等问题。

综上所述，可确定由于总配电盘母板铜箔表面存在污垢（离子性污垢），并对铜箔形成腐蚀，且在高温高湿环境下腐蚀发展较快，最终造成总配电盘母板铜箔熔断。