飛機(jī)變壓整流器并聯(lián)運(yùn)行供電失衡故障分析

摘要：現(xiàn)代飛機(jī)直流電源系統(tǒng)多采用并聯(lián)運(yùn)行的多臺(tái)變壓整流器供電，供電可靠性、容量增加的同時(shí)也容易帶來供電失衡的故障。以某型飛機(jī)直流電源系統(tǒng)供電為例，分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行原理、故障現(xiàn)象及原因，提出了改進(jìn)措施。

Abstract： The parallel multiple transformer rectifiers are used to supply power for the modern aircraft DC power supply system. Its power supply is reliable and the capacity is increase， at the same time， it also brings the power supply imbalance. This paper takes an aircraft DC power supply system as an example to analyze the system structure， operation principle， faults and its causes and put forward the improvement measures.

關(guān)鍵詞：變壓整流器；并聯(lián)；均衡性；故障

Key words： varying voltage rectifier；parallel connection；balanced；fault

中圖分類號(hào)：V242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）35-0146-02

0 引言

在以交流電源為主電源的飛機(jī)供電系統(tǒng)中，變壓整流器是直流供電系統(tǒng)的核心設(shè)備，承擔(dān)著為飛機(jī)直流用電設(shè)備提供直流電能的任務(wù)。為保證供電容量和供電可靠性，現(xiàn)代飛機(jī)大多采用多臺(tái)變壓整流器并聯(lián)供電，當(dāng)某一變壓整流器因故障而停止供電時(shí)，另一臺(tái)變壓整流器可以繼續(xù)供電[1]。但是，并聯(lián)供電也帶來新的問題，那就是各電源的輸出電流能否相等。如果供電不均衡，就可能使輸出電流小的電源的功率不能充分利用，而輸出電流大的電源卻有燒壞的危險(xiǎn)。因此，變壓整流器作為飛機(jī)供電系統(tǒng)的二次電源設(shè)備，具有三臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行、兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行等多種工作模式，其性能狀態(tài)的好壞關(guān)系到電源系統(tǒng)的工作可靠性，對飛行安全具有直接影響。

1 故障原理分析

各型飛機(jī)直流電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、性能指標(biāo)各有差別，但主要電氣設(shè)備基本相同。

1.1 某型飛機(jī)直流電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

某型飛機(jī)直流電源系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。該型飛機(jī)直流電源是機(jī)上二次電源，主要由3臺(tái)變壓整流器、左右直流保護(hù)配電裝置、供電管理中心PCU（控制整個(gè)交、直流供電系統(tǒng)）構(gòu)成，為飛機(jī)直流負(fù)載提供額定電壓為28.5V的直流電。直流供電系統(tǒng)由“左”和“右”兩個(gè)獨(dú)立的通道組成。正常供電時(shí)，“左”通道由1號(hào)變壓整流器供電，“右”通道由2號(hào)和3號(hào)變壓整流器并聯(lián)供電。每個(gè)通道設(shè)有主匯流條和應(yīng)急匯流條，在正常狀態(tài)下二者互相連接。每個(gè)通道的應(yīng)急匯流條上，各并聯(lián)連接一組蓄電池。2個(gè)蓄電池作為應(yīng)急電源，在供電系統(tǒng)處于應(yīng)急狀態(tài)時(shí)，向機(jī)上應(yīng)急負(fù)載供電。左、右直流保護(hù)配電裝置中，設(shè)有霍爾傳感器，用來感受主饋線中的電流值及電流方向。當(dāng)主饋線中的正向電流大于10A，正向電流繼電器接通；當(dāng)主饋線中的反向電流達(dá)25～40A時(shí)，反向電流磁保持繼電器動(dòng)作，斷開反流通路。

直流保護(hù)配電裝置在直流電源系統(tǒng)中承擔(dān)著關(guān)鍵的作用，它與供電管理中心PCU配套使用，用于控制3組變壓整流器與機(jī)上直流配電系統(tǒng)之間的接通和斷開，并當(dāng)變壓整流器或其饋線發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行反流保護(hù)，同時(shí)對機(jī)上直流配電系統(tǒng)實(shí)施控制和保護(hù)，并輸出相應(yīng)的指示信號(hào)。

該型飛機(jī)自列裝部隊(duì)以來，直流電源系統(tǒng)多次出現(xiàn)變壓整流器報(bào)警現(xiàn)象。在地面檢查過程中，多功能顯示器上多次顯示“1個(gè)整流裝置故障”告警現(xiàn)象，地勤人員通過維護(hù)監(jiān)控板（MMP）進(jìn)行查看故障代碼，基本為2號(hào)或3號(hào)整流裝置出現(xiàn)正向電流故障，尤其是3號(hào)整流裝置出現(xiàn)正向電流故障占較大比例。

1.2 負(fù)載均衡分配必須具備的條件

據(jù)文獻(xiàn)[2]、[3]所知：要實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行的兩臺(tái)變壓整流器負(fù)載分配均衡（ΔI=0），必須同時(shí)具備四個(gè)條件[3]：

①兩臺(tái)變壓整流器的空載電壓相等，即U10=U20；

②兩臺(tái)變壓整流器的正線電阻相等，即R+1=R+2；

③兩臺(tái)變壓整流器的負(fù)線電阻相等，即R-1=R-2；

④兩個(gè)變壓整流器電壓調(diào)整率相同，即K1=K2。

條件①和④由變壓整流器自身參數(shù)決定，與外電路無關(guān)。條件③、④與外電路有關(guān)，R+l、R+2為變壓整流器TRU1、TRU2正接線柱到配電板之間的總線路電阻，包括導(dǎo)線電阻、導(dǎo)線連接處的接觸電阻、接觸器觸頭的接觸電阻等，簡稱正線電阻；R-l、R-2為變壓整流器TRU1、TRU2負(fù)接線柱到地之間的線路電阻，它包括導(dǎo)線電阻、導(dǎo)線連接處的接觸電阻，簡稱負(fù)線電阻。

僅正線電阻不相等，負(fù)載分配有如下特點(diǎn)：

①正線電阻小的變壓整流器輸出電流大，正線電阻大的變壓整流器輸出電流小。

②負(fù)載為零時(shí)，兩臺(tái)變壓整流器電流都為零。

③負(fù)載增大時(shí)，正線電阻小的電流增大得快，而正線電阻大的電流增大得慢。

1.3 常用維護(hù)方法

因此，早期維護(hù)工作時(shí)，當(dāng)飛機(jī)出現(xiàn)“1個(gè)整流裝置故障”告警后，通過加載方法可使告警信號(hào)消失。并且經(jīng)過查閱故障代碼，該告警信號(hào)為正向電流故障。通過分析變壓整流器的負(fù)載均衡性特點(diǎn)，結(jié)合故障現(xiàn)象及處理結(jié)果可以得出，3個(gè)并聯(lián)工作（應(yīng)急匯流條連接接觸器BTB3接通）的變壓整流器運(yùn)行出現(xiàn)一定的不均衡。輕載時(shí)，某一變壓整流器輸出電流較小，致使正向電流故障繼電器未工作（電流小于10A）或斷開（電流小于6A），產(chǎn)生“1個(gè)整流裝置故障”告警信號(hào)。

當(dāng)維護(hù)人員接通著陸燈后（相當(dāng)于負(fù)載增加了近80A），由于總負(fù)載的提高，使得每一個(gè)并聯(lián)的變壓整流器輸出電流得以增大，原來輸出電流較小的變壓整流器告警信號(hào)消失。這種方法只是驗(yàn)證了在總負(fù)載超過一定值的基礎(chǔ)上，并聯(lián)供電的每一個(gè)變壓整流器輸出電流均能超過10A，而且飛機(jī)正常空中飛行過程中負(fù)載一般都能達(dá)到一定的程度，因此這種檢查與判斷方法是基本合理的。但是由于該方法沒有明確并聯(lián)供電的均衡程度，因此存在一定的空中故障隱患。

通過接通著陸燈的方法排除并聯(lián)運(yùn)行不均衡故障無效，說明此時(shí)總負(fù)載增加了近80A后，并聯(lián)運(yùn)行的均衡性仍然比較差。如果通過地勤人員打磨清洗直流輸出端電連接片后故障情況好轉(zhuǎn)，說明故障主要原因?yàn)樽儔赫髌髡€電阻及負(fù)線電阻的不同，尤其是正線電阻過大導(dǎo)致的變壓整流器負(fù)載不均衡。正線電阻、負(fù)線電阻的變化與變壓整流器外部電路相關(guān)，與直流電源系統(tǒng)的電路保護(hù)設(shè)備、控制設(shè)備等連接電阻有關(guān)。

2 故障現(xiàn)象及原因分析

該型飛機(jī)變壓整流器主要有三類故障現(xiàn)象：

2.1 正向電流故障

在變壓整流器輸出電流小于6A時(shí)，可引起正向直流保護(hù)配電裝置內(nèi)電流繼電器釋放，判斷為正向電流故障。主要原因可能有：變壓整流器輸出饋線斷路、變壓整流器輸入電源斷路器斷開、外接負(fù)載過小不能正常接通正向電流繼電器或變壓整流器損壞。故障原因如圖2所示。

2.2 反向電流故障

在變壓整流器出現(xiàn)反向電流達(dá)到25～40A時(shí)，判斷為反向電流故障。主要原因可能有：變壓整流器輸出饋線短路，變壓整流器內(nèi)部短路，變壓整流器內(nèi)部器件損壞引起輸出電壓低于電網(wǎng)電壓等。

2.3 電壓超差故障

當(dāng)變壓整流器輸出電壓持續(xù)低于18V或高于40V時(shí)，判斷為變壓整流器電壓超差故障。其主要原因是變壓整流器內(nèi)部故障或輸入電壓過高或過低。

3 影響變壓整流器負(fù)載失衡的原因

變壓整流器的空載電壓和電壓調(diào)整率這兩項(xiàng)指標(biāo)也直接影響著并聯(lián)供電的均衡性，這兩項(xiàng)指標(biāo)與變壓整流器內(nèi)部的電磁泄漏程度、變壓器原副邊是否存在匝間短路、整流管內(nèi)部損耗、電連接點(diǎn)接觸電阻等問題有關(guān)。新機(jī)電氣線路接觸電阻一般比較穩(wěn)定，引發(fā)故障的主要原因是變壓整流器空載電壓及電壓調(diào)整率的不同導(dǎo)致并聯(lián)運(yùn)行失衡。

變壓整流器內(nèi)部含有大功率電力電子器件和變壓器組件，在工作過程中產(chǎn)生大量的熱量，因此變壓整流器內(nèi)部通過三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)扇進(jìn)行同步散熱，只要變壓器一開始工作，風(fēng)扇隨即工作。在長期工作過程中，灰塵會(huì)流入變壓整流器內(nèi)部，在某些部位表面形成一定的灰塵積累，這對內(nèi)部器件的散熱是很不利的。同時(shí)如果空氣潮濕也會(huì)引起絕緣下降、短路等危害，從而引起變壓整流器的空載電壓和電壓調(diào)整率發(fā)生變化，導(dǎo)致并聯(lián)運(yùn)行的變壓整流器發(fā)生均衡性故障。

4 結(jié)束語

飛機(jī)上座艙儀表中的直流電壓表用于檢測左、右直流主匯流條的電壓值，但是缺少直流電流表檢測變壓整流器的輸出電流，不能幫助維護(hù)人員進(jìn)行并聯(lián)供電均衡性檢測。在目前的維護(hù)工作中，對于并聯(lián)供電均衡性的判斷是非常重要的，這體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是日常檢查工作中，不能通過量化的檢測進(jìn)行合理的判斷；二是在換件后或者維修后，不能通過電流檢測來驗(yàn)證工作的質(zhì)量以及并聯(lián)供電的均衡，來保證空中的供電安全。因此，建議配套專用的為檢測設(shè)備，能夠同時(shí)檢測并聯(lián)變壓整流器的輸出電流，并實(shí)現(xiàn)電流波形的全程顯示，便于均衡判斷以及故障分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)東超.飛機(jī)供電系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010.

[2]戰(zhàn)祥新，郝世勇，司劍飛.某型航空變壓整流器并聯(lián)運(yùn)行負(fù)載均衡性研究[J].電子設(shè)計(jì)工程，2016（8）：168-173.

[3]郝世勇，戰(zhàn)祥新.飛機(jī)變壓整流器并聯(lián)運(yùn)行均衡性研究[J].電子設(shè)計(jì)工程，2016（9）：163-165.