MINItrace医用回旋加速器水冷系统CP泵故障分析与排除

张晓锋，高振江，李 帅，杨建伟*

（1.郑州大学附属肿瘤医院PET-CT中心，郑州 450008；2.通用电气医疗集团有限公司，郑州 450008）

0 引言

PET-CT实现了PET的功能成像和CT的解剖结构显像的同机融合，能精确提供靶器官的功能和解剖双重信息[1-2]，在肿瘤的良恶性鉴别[3]、心脑血管系统及神经系统疾病诊断方面具有重要作用[4-5]。PETCT检查所需正电子核素如18F、15O、13N、11C等均为短半衰期正电子核素，均需使用医用回旋加速器制备[6]。PET-CT显像技术自问世以来，装机数量及受检者人数大幅增加[7]，这就要求回旋加速器不仅能提供足量的正电子示踪剂，还要具有良好的系统稳定性。

我院于2007年10月引进美国GE公司Discovery STE PET-CT及MINItrace医用回旋加速器。本文主要介绍MINItrace医用回旋加速器的原理和结构以及该加速器使用中遇到的2例水冷系统CP泵（冷却泵）故障分析与维修过程。

1 MINItrace医用回旋加速器原理与结构

1.1 原理

回旋加速器的原理:离子源气体经电弧放电电离产生粒子束流，粒子束流在射频及交变电磁场的作用下获得足够动能，经束流提取系统获得高能量的质子[8]，轰击靶系统的原子核，利用质子/中子（P/N）反应形成半衰期很短的正电子核素。

1.2 结构

不同型号的回旋加速器结构有较大差异，但其基本组成单元[9]相差不大，主要包括靶系统、离子源系统、射频系统、真空系统、磁场系统、冷却系统、自屏蔽系统及诊断系统。MINItrace医用回旋加速器为9.6 MeV能量的立式磁体结构小型回旋加速器。

2 MINItrace回旋加速器冷却系统CP泵常见故障

MINItrace医用回旋加速器冷却系统分为一级水冷系统和二级水冷系统，冷却系统的主要作用是从各系统中将热量带出，在二级水冷系统中进行热交换，然后将热量传送到一级水冷系统[10]。CP泵承接二级水冷系统和回旋加速器各子系统水流循环，一旦发生故障会使加速器高温报警，甚至出现二级水冷系统管路爆管现象。

2.1 故障一

2.1.1 故障现象

轰击时发现加速器停机，真空丢失，二级水冷系统管道因高温变形爆管。重建二级水冷系统管道，再次开启CP泵瞬间声音出现异常，2～3 s后CP泵再次停止运行，同时GCU（总控单元）上所有指示灯均一直闪动。

2.1.2 故障分析与诊断

查看回旋加速器水冷系统CP泵相关电路图（如图1所示），根据电路图判断存在4个可能故障点（图1中的位置1～4），然后进行逐项分析。测量图1中4个位置CP泵的三相输入电压详见表1。

图1 CP泵的电路图

表1 CP泵不同位置三相输入电压V

由表1可知，CP泵三相输入电压不正确，三相中有两相电压偏低从而导致三相不平衡，电动机过流，致使电动机噪声很大。继续测量图1中位置1的上级电路，如图2所示。测量图2中位置1处CONTROL CABINET内CB（断路器）输出电压，UUV为119.29 V、UUW为419.02 V、UVW为111.12 V，表明输出电压UUV、UVW异常（正常相间电压为420 V）。继续测量位置2的MDP（电源分配单元）及位置3处RFPG（射频发生器）输入输出电压，测量结果为MDP及RFPG的输入输出电压正常，判断为图2中位置1处即CCAB（控制柜）的CB故障。断开CCAB的CB负载之后再次测量CB的输出电压值:UUV为119.29 V，UUW为 419.02 V，UVW为 111.12 V，UUV、UVW异常，因此可以判断CCAB CB损坏。

2.1.3 故障排除

更换CCAB的CB，故障排除，回旋加速器恢复正常。

2.1.4 故障小结

此例故障是因三相电缺相引发二级水冷系统循环水泵CP不能工作引起的，在日常工作中如遇到类似故障，可以先判断水泵是否缺相，如果水泵缺相，则要根据电路图逐级排查引起缺相的原因，查找故障所在，争取尽快排除故障。

2.2 故障二

2.2.1 故障现象

加速器在加载磁场电流时CP泵声音出现异常，同时断路器和继电器回路发出“噼噼啪啪”的异常声音，随后断路器（CB2）跳闸，CP泵停止工作。

2.2.2 故障分析与诊断

二级水冷系统主要作用是吸收加速器各个子系统中产生的热量，磁场系统和冷却系统并无其他直接联系。出现上述故障的原因可能是在加载磁场电流过程中产生热量未及时被二级水冷系统带走，由此判断二级水冷系统出现故障，即存在如图1所示可能的4个故障点。测量位置4三相电供电电压，输入电压UUV为415 V、UUW为 419 V、UVW为417 V，输出电压UUV为415 V、UUW为419 V、UVW为417 V，表明CP泵三相电输入输出电压正常。进一步测量CP泵各相不连接定子绕组电阻RUV、RUW、RVW，阻值分别为 10.6、8.4、8.4 Ω。绕阻电阻RUV比RUW、RVW大，表明绕组电阻不平衡，导致负载电流不平衡，保护器频繁动作。更换新的CP泵，再次测量其各相不连接定子绕组电阻，阻值均为8.1 Ω。

2.2.3 故障排除

更换新的CP泵后没有再出现停止现象，故障排除。重新加载磁场电流并进行轰击，未见异常，回旋加速器恢复运行。

2.2.4 故障小结

此例故障为二级水冷系统CP泵三相线圈中有一相电阻过大引发继电器和接触器跳闸。在故障排除时先检查CP泵是否缺相，排除缺相原因后，对CP泵自身进行检查，测量其绕组电阻。本例故障就是因其中一相绕组过大而引发故障。在日常工作中应定期检测CP泵输入输出电压及绕组电阻，确保正常运行，防止故障发生。

图2 电源分配电路图

3 结语

回旋加速器结构复杂，维修人员只有熟悉其基本原理及电路图才能快速排除故障，提高工作效率，更好地为临床服务。MINItrace医用回旋加速器CP泵因故障停止工作，短时间内二级水冷系统温度升高到25℃，致使加速真空系统报错停机。CP泵如果长时间停止工作，加速器各系统热量无法带走，会导致二级水冷系统管道热负荷增加，出现高温变形甚至爆管，而重建二级水冷系统管道需要专业人员及大量时间。另外，CP泵故障导致加速器异常停机可能会引起其他系统故障，比如离子源系统故障[10]或射频系统故障[11]等。因此，在日常工作中，回旋加速器待机时要加强对各系统的检查，确保设备正常运行。

通过此次对水冷系统CP泵2例故障维修，总结以下2点:（1）CP泵三相电动机在相相电压之间波动范围为±5 V的情况下可以长期运行，但是相相之间最好不要相差太多，如果相差太多，长时间使用会使加速器电动机线包老化，甚至烧坏线包。（2）电动机定子绕组三相的电阻是否平衡以及绝缘是否正常是CP泵正常工作的一个关键因素。