动车组维护与检修：电气部件检测及部件交换法

电气部件的检测通常有两方面内容，一是常规检测，如动车组一、二级检修有关电气部分的检测，具体有开关操作试验、线路绝缘与损伤检查、电器外观及安装等；二是电气部件与设备出现故障的检测。下面主要针对第二方面进行讲述。

（一）电气故障检测的基本步骤

电气故障类型主要有：短路、开路、接地、机械故障等。当出现故障时，通常通过三个步骤来完成电气部件的检测，从而为电气故障检修提供依据。

第一步是故障现象分析。首先通过与设备的正常工作进行对比进行故障识别，用视觉或听觉来判断显示器所指示的性能是否正常。

第二步是故障原因分析。通过现象分析，确定出故障或不工作的元器件，分析可能产生问题的原因。

第三步是故障确定。对比可能产生问题的原因，进行一一排除，确定最终故障部位。

通过以上三步即可完成电气部件故障的检测，而确定故障部位是检测电气部件故障的最终目的。

（二）电气部件故障检测的主要方法

1.确定故障范围

大多数电气设备都由若干单元组成，每一单元都有确定的功能。确定故障范围，即确定故障位置或者故障部件处。为了准确地查找故障，必须预先判断功能块和各种症状之间的相互关系。这一工作涉及功能方框图、电路原理图和印刷电路板元件布置图。功能方框图给出电气设备中各单元的功能关系，这是故障分析的主要信息来源。电路原理图给出电子设备中所有部件及其功能关系。印刷电路板元件布置图给出电子元件间的实际关系及其在设备中的具体位置，在故障定位和排除故障时最为有用。

确定故障时，可以按以下步骤进行：

1）外观检查

判断故障位置，首先要对设备进行完整检查。检查被烧坏的熔断器、失效或变色的元件、断开的电线、断裂的印刷电路连接导线、冷焊点、发出异常气味的变压器、腐蚀现象、过热的元件和漏电的电解电容器等所有出现问题或不正常工作的元件。通过彻底的外观检查，通常能够看出一些值得注意的故障。

2）电源状态和静止状态

电源状态的检查，应针对工作在正常负荷下的所有电源。它们的电压电平应正常，即使必须切断电源输出而插入一个假负载，也应在负荷状态下检查电源。

对于模拟设备或数字设备的模拟部分，应检查模拟电路的静态，即设备已通电但无信号输入的状态。因为若静态不正确，信号将不能被适当处理。数字设备常常可以在复位状态下进行检查，观察它的初始状态是否正确。

3）故障电路分割

基本分割技术利用方框图或电路原理图把故障确定到某一功能区。分割技术提供了一种手段，以便把故障范围缩小到某一电路群，然后再到某一电路。症状分析和信号跟踪法可与分割法一并使用，也可作为分割技术的一部分。

选择便于测试的位置是下一个需要考虑的因素，原则上测试点可以是线路中任何节点。通常测试点选择在一个便于接近的插孔、插头，或一些重要的工作电压点或电路信号连接点。另一个要考虑的因素是检修经验和设备的故障记录。检修经验可帮助决定首先测试哪一个电路群。相同或类似设备的故障检修记录和故障概率分析，对第一测试点的选择有一定的帮助。

4）部件交换

将完好的印刷电路板或组件、元件换到系统中以确定故障的方法称之为部件交换法。当电路中有可替换部件时，确定故障范围的过程与上述方法有所不同。现今电子设备趋向于采用可替换部件的结构，如印刷电路板可用插头插入，或用少量的焊接点接入。检查这样的设备，可顺序替换组件或电路板，直到查清故障在哪一部件为止。

当设备需要迅速恢复工作时，替换已经失效的部件是可行且有效的方法，它能使现场维修工作时间缩到最短，然后在某个时候从容地找出故障部件中的故障元件。

2.查找故障电路

查找故障电路进行电路测试的主要方法如下：

1）从后向前

从后向前仅仅是在进行动态测量时从输出部分向输入端方向进行检查，直到发现正确的信号（对数字设备则为代码），这时下一级电路就可能是有故障的电路。

2）信号注入

当一个有故障的电路影响到前一级的输出或使设备没有正常输入时，故障查找用信号发生器将信号注入该设备，这个信号应尽可能与正常信号接近。当所测电路需要一个叠加在直流电平上的交流信号时，应使用函数信号发生器上的位置控制器，以便提供一个有限的直流电平。如果直流偏置调节范围不够大，可以利用分压器和电容器来获得所需的直流偏置。(www.xing528.com)

3）中点分开

中点分开是指在一个多级复杂电路的中点处检查其输出，并依次在每次余下的电路级的中点处进行检查。此法最适用于各级独立串联的设备，如无线电接收机和发射机。

4）断开环路

具有反馈环路的电子系统除非将环路断开，否则便很难找出故障。而且必须在反馈环路断开的地方注入适当的直流电平或信号，然后监测整个电路上的电压和信号是否有错误，可以改变在环路断开点注入的电压或信号，以检查对整个电路的变化是否有适当的响应。在正常情况下，环路应在便于注入低功率信号的地方断开。

5）旁路

在检查可疑现象时可先移除某些电路元器件。在其他情况下，需要将整个电路板的电源断开，以便检查电压和进行其他测量，同时观察该电路板对整个运行系统的影响。

6）桥接

当怀疑一个元器件损坏时，可先跳过电路中怀疑损坏的元器件而跨接一个已知的正常元器件，如果电路开始正常工作，就找到了问题所在，这就是桥接。不过桥接仅限于开路元器件，而不能用于短路元器件。桥接一个短路元器件毫无效果，还有可能损坏新元器件。

7）隔离

复杂系统一般都是由逻辑子系统设计而成的，整个系统可能太复杂而不能立即确定故障，但是每个子系统通常可以独立采用前述方法之一来检查。当发现有故障的子系统后，该子系统又可以采用前述的方法来查找具体的故障。所有子系统故障确定后，整个复杂系统的故障也就确定了。

8）信号和波形的比较

为了识别错误的输出，将电路中信号路径上的实际信号或波形与能正常工作的电路输出进行比较，或将输出与维修手册中的波形（位组合形式、状态序列、存储器映像图或数字设备的时序图）作比较。这种方法对数字设备和以微处理器为基础的设备特别有作用。

该方法用监测装置考察各测试点的信号。监测装置包括频率计、示波器、万用表等。首先应在一固定点上加入信号，信号可用外部仪器产生，也可利用设备中的正常信号。然后用监测装置的输入探头，在测试点上逐点测量。

9）集成电路和插接件故障

电子设备中集成电路被广泛使用。在使用集成电路和可以更换模块的电子设备中，故障只能确定到组件或模块，不能确定到集成电路内的某一点路（或单个元件），没有进一步检查集成电路内部故障的必要。固态密封电路组件和集成电路一样，多数只能整片或整个电路一起更换。

3.确定故障位置

确定故障位置是指借助于测试仪器对故障电路各个支路和节点进行测试，识别和确定故障直至查出有故障的元器件。

查到故障电路后，确定故障的第一步是凭直觉来进行一次初步检查。例如，电阻或有填充物（油或蜡）的元件，如电容、线圈和变压器等，可用视觉和嗅觉查到。元件过热，如晶体管的管壳发热，可以利用触觉很快查找出来。听觉也可用来检查导线与导线之间，导线和机壳之间的高压打火，听变压器有无交流声也是一种检查变压器过载的方法。

若直观检查不能确定故障位置，则需要进行电路测试。电路测试的第一步是分析电路或有源器件的输出波形，如对波形幅度、持续时间、相位和性状进行的分析，对波形的分析常常可以正确地指出有故障的支路。故障症状和波形有一定的关系，电路完全毁坏时，通常会导致无波形输出，电路性能差会导致波形差或失真。

在进行了波形分析之后，下一步是在有源器件的节点上进行电压测量。在波形不正常的地方，测量应特别留心，在这些地方大多数情况下电压都不正常。说明书或电路图会给出有关电压信息，这些信息包含控制位置、典型电压值等。在某些设备的维修说明书中，电压和电阻的相互关系及其实际位置是画在一起的，测量时要找出准确测量位置。将实际测试的电压值和说明书给出的正常值相比较，有助于找到有故障的支路。为了安全起见，测量前应将电压表量程置于最高档，依电压高低顺序进行测试。

若用波形和电压测量方法没有找到故障位置，还需要进行的工作是测量电阻值。做完波形和电压测量之后，在有源器件的相对点上进行电阻测量常常有助于查找故障，可疑元器件常常通过电阻测试或对可疑支路点与点之间的电阻测量而被发现，特别是当发现该点波形和电压不正常时，更是如此。电阻测量应在不加电压状态下进行，可以测量有源器件各引出脚对地（或机壳）的电阻，也可以测量电路中任何两点之间的电阻。对于可变电阻的测量，应将其置于某一特定的位置，这时所测的读数才能与说明书所标示的读数近似。所以在测量可变电阻时，位置一定要调准确。在进行固态电路的电阻测量时，应注意元件特性，例如，三极管的 PN 结相当于一个二极管，当PN结上加正向偏压时，二极管导通，测量到的是正向结间电阻。测量任何电路中的电阻之前，应检查一下滤波电路是否已放电，并在严格地按照安全规程操作的前提下，遵循说明书中所给出的各种要求进行。

4.电气部件及设备温度诊断方法

温度诊断，尤其是红外温度诊断，是电气设备状态监测与故障诊断中常用的有效方法，通过定期对电气设备、输电线路等设备和接头进行热像监视，测量其温度变化和温度分布，可以有效地确定运行的电力设备上的外部热缺陷和内部热缺陷。目前，在高压绝缘工具的红外热像动态检测诊断和寿命预测方面也取得了显著成效。

正常运行的电力设备由于电流、电压的作用将产生发热现象，这种发热主要包括电流效应引起的发热（反映在载流电力设备中）和电压效应引起的发热（常反映设备内部损耗的变化）。比如电阻损耗增大的发热属于电流效应引起的发热；由于绝缘介质的劣化、老化、受潮等因素引起介质损耗的增大，所产生的发热属于电压效应引起的发热。

当电力设备发生缺陷或故障时，缺陷部位将发生明显变化，以电流效应引起的发热可能急剧增加。例如，电气元件接触不良故障将使接触电阻增加，当电流通过时发热量增大而形成局部过热。相反，整流管、可控硅等器件存在损伤时将不再发热，从而出现冷点。

因此，应用红外技术监测输电线路、供电设备、发电设备，采用红外热像仪扫描，可以对高压电线的电缆、接头、绝缘子、电容器、变压器等电气设备的故障进行探查。