Varian Clinac CX型医用直线加速器高压调制柜故障案例分析

牟强善 郭洪栋 牟宗峰 曹 杰 王 猛 相国栋

Varian Clinac CX型直线加速器适用于全身各部位恶性肿瘤的常规放射治疗和精确放射治疗。该机型是由Varian医疗设备(中国)有限公司于北京生产主要组件后在美国调试组装完成，并针对中国市场的新型直线加速器，为满足中国癌症治疗中心的标准而设计，是C系列直线加速器中2300C/D的升级版本。通过了解Clinac CX型医用直线加速器高压调制柜工作原理，并对其发生的故障根本原因进行分析，提出可降低该故障发生概率方案。

1 Clinac CX型医用直线加速器高压调制柜

三相电经过电源滤波器，再经过高低能继电器选择输出后到达高压变压器初级，经过变压器次级的三角形和星型接法各自整流滤波后串联输出直流电压，经充电电感和充电二极管对脉冲形成网络(pulseforming network，PFN)进行充电[1]。充电时主闸流管处于截止状态，电能存储在PFN上，由高压补偿分压电路对PFN实际电压进行分压采样，电压采样信号被送到脉冲幅度稳定(De-Qing，DQ)闸流管触发电路，当PFN电压超过充电电压2倍时，DQ闸流管栅极触发电路发出栅极触发脉冲，DQ闸流管工作，将多余电能分流到隔离负载，此时主闸流管也获得触发脉冲而导通，存储在PFN的电能经主闸流管向机架上的脉冲变压器放电，使脉冲变压器产生高频脉冲[2-3]。高压调制柜产生一定波形和频率的脉冲高压，通过高压电缆送给速调管和加速管的电子枪，作为加速管工作电源[4]。

2 故障案例分析

2.1 故障一

(1)故障现象。晨检时机柜所在机房内闻到有轻微焦糊味，出束变为浓烈焦糊味，关机后打开高压调制柜右侧板，从机柜下部可见明显烟雾。

(2)故障分析。发生焦糊味通常提示存在异常高温，故障部位应出现在高电压或大电流部件中，应该按照先简单后复杂、先低压后高压和先外部后内部的检修顺序进行排查。

(3)故障排除。经查瓦里安高压调制柜内的三相主电源是从外置稳压柜输入后，经过T1变压器进行隔离和降压处理，再送往高压电源柜(high-voltage power supply，HVPS)各单元空气开关进行单元供电分配。沿主电缆从输入处开始查找，发现T1变压器三相输出的一个端子引线处烧焦严重，φ16 mm多股铜线导线外皮焦糊距离长度约8 cm。造成焦糊原因为该压线端子与其他连接端子紧固结构为穿轴紧固方式，即螺栓通过中间电木板穿孔，电木板上下有2个接线端子用螺帽紧固，该端子经过的电流较大，局部温度过高，从而造成电木板接触位置被烧焦变软，接线端子与螺栓接触电阻不断加大，加重该接触点发热量，最终造成外皮严重烧焦。分析故障主要原因为厂商采用不恰当接线端子的紧固方式，将上下接线端子与中间电木板一同紧固，提升了大电流工作情况下的故障概率。为此，工程师提醒厂商对该处生产工艺进行改进，同时将烧焦位置导线截断，更换优质多股铜线和接线端子，将电木板上下2个接线端子分别在电木板上、下两侧进行分别紧固后，设备恢复正常，故障排除。

2.2 故障二

(1)故障现象。正常工作时6 MV经常报出UDR1/UDR2剂量联锁，从而停止出束，手动屏蔽掉联锁后可继续出束至工作完成。自出现该联锁后，每个射野的中断次数越来越多，即故障发生频率越来越大，使用一个月后终至完全不能出束，全程无其他报错。

(2)故障分析。三相电经HVPS开关GB1送到三相电源滤波器FL1，再经过K1、K2、K3和K4继电器送至调制器内高压变压器，其初级绕组为三角型接法，次级为三角形接法和星型接法，经整流滤波组件后分别输出直流高压后串联输出直流高压[5]。高能和低能的选择是通过K3和K4继电器来实现，需要低能输出时，K3继电器工作吸合，自K2来的三相电每相经分压电阻分压后送往K1继电器，去往高压变压器初级，然后经高压变压器次级和整流滤波组件处理后输出11 kV直流电压[6]；而需要高能输出时，K4继电器工作吸合，自K2来的三相电每相不经过分压电阻分压即送往K1继电器，然后经高压变压器和整流滤波组件处理后输出13 kV直流电压[7-8]。

(3)故障排除。按照高低能选择的工作原理排查，先要确认三相电是否已到达高压变压器初级。首先采用高能15 MeV进行测试，发现不出束，因2个继电器同时损坏的可能性极低，从而排除K3和K4高低能选择继电器故障因素。观察出束指令发出后，主闸流管紫色辉光正常，而DQ闸流管仅在开始瞬间有辉光。因此，沿三相供电电源路径向后排查，发现K2交流接触器的线圈电阻有时可正常测出，但有时测量显示断路，但外来供电交流110 V电压正常。将直线加速器整机断电再用放电棒放电后，将K2交流接触器拆除检查，发现K2交流接触器线圈供电在内部有接插件结构，线圈两引线末端为两片金属结构，底座为单片金属结构，等继电器外部螺丝拧紧后，线圈引线与底座电接触才会完成。在电接触部分发现有较多深色不透明油脂样杂物，清除后重装且交流接触器测量线圈电阻值正常。新购同型号交流接触器拆开发现线圈电接触位置同样有油脂状固态物，但并非深褐色油膏，而是无色透明状凝胶，考虑为继电器生产厂商为保护接插件不在存储时被氧化而采取的保护措施。在使用保护油脂时会因为局部发热而变质变色，从而引起接触电阻变大，最终导致交流接触器外接的线圈外供电压不能被实际加到线圈绕组中，因此产生正常触点吸合动作[9]。如果在组装高压调制柜前将这些油脂去除，将可避免此类故障发生的概率[10]。将K2继电器装回原位后，设备恢复正常使用，未再出现原故障，故障排除。

3 小结

大型高端精密医疗设备由很多基本元器件组成，其故障规律也类似于常见医疗设备，如故障多发于长时间工作、高电压、大电流、高温度、高湿度、灰尘多、常动作机械装置以及允许运动误差小的结构组件等具体部位。工程师应先了解设备基本原理，再确认故障范围，从而可快速查找故障部件。此外，进口大型高端精密医疗设备生产厂商除采用关键独有技术生产部件外，其余大部分配件采购于其他厂商，工程师可以采用购买原厂原型号或高于原厂型号参数的配件进行更换，以降低维修费用，减少设备停机时间。