基于故障樹的民機電源系統(tǒng)匯流條簡圖頁顯示故障分析

張偉偉　楊利鋒

【摘 要】民用飛機電源系統(tǒng)的參數(shù)和狀態(tài)是通過電源系統(tǒng)簡圖頁進(jìn)行顯示的，電源系統(tǒng)中設(shè)備的工作狀態(tài)也可以通過不同的顏色來指示，簡圖頁如果顯示故障則說明系統(tǒng)存在故障。故障樹分析法是民用飛機系統(tǒng)排故的重要方法，本文以電源系統(tǒng)簡圖頁右直流重要匯流條顯示故障為案例，采用故障樹分析法對所有導(dǎo)致其失效的可能原因進(jìn)行分析，最終找出了簡圖頁顯示故障的真正原因。

【關(guān)鍵字】民用飛機；電源系統(tǒng)；簡圖頁；故障樹

中圖分類號： V267 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）25-0036-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.25.016

【Abstract】The parameters and status of the civil aircraft power system are displayed through the power system schematic diagram page. The working status of the equipment in the power system can also be indicated by different colors. If the fault is displayed in the schematic diagram page， the system is faulty. Fault tree analysis method is an important method for civil aircraft system troubleshooting. This paper takes the？display fault of the right DC essential bus in the power system diagram as the case， and uses the fault tree analysis method to analyze all the possible causes of its failure， and finally find out the real cause that causes the schematic diagram page display fault.

【Key words】Civil aircraft； Power System； Schematic Diagram Page； Fault Tree

1 故障現(xiàn)象

某型號民用飛機電源系統(tǒng)簡圖頁匯流條顯示黃色表示匯流條供電故障或顯示故障，顯示綠色表示匯流條正常供電。該型號飛機某架機上電過程中發(fā)現(xiàn)簡圖頁顯示故障。當(dāng)外電源（External Power，簡稱EXT PWR）未接入由蓄電池（Battery，簡稱BATT）單獨供電時，電源系統(tǒng)簡圖頁右直流重要匯流條（Right Direct Current Essential Bus， 簡稱R DC ESS）顯示琥珀色，如圖1所示蓄電池供電狀態(tài)簡圖頁。當(dāng)接入外電源后，R DC ESS顯示綠色，如圖2所示外電源供電狀態(tài)簡圖頁。蓄電池供電時R DC ESS由APU蓄電池供電，外電源供電時，R DC ESS由右直流匯流條（Right Direct Current Bus，簡稱R DC）供電。無論是APU蓄電池（Auxiliary Power Unit Battery，簡稱APU BATT）供電還是外電源供電，正常狀態(tài)下R DC ESS均應(yīng)顯示為綠色。因此，當(dāng)外電源供電狀態(tài)下，簡圖頁R DC ESS匯流條如圖2中綠色顯示為正確顯示，圖1中R DC ESS匯流條琥珀色顯示為錯誤顯示。實際上，主蓄電池（Main Battery，簡稱MAIN BATT）和APU蓄電池供電原理相同，圖1中左直流重要匯流條（Left Direct Current Essential Bus， 簡稱L DC ESS）由主蓄電池供電，其簡圖頁綠色顯示為正確顯示。本文以下所有討論均針對該型號民用飛機。

2 系統(tǒng)原理分析

民用飛機常規(guī)電源可用時，左、右重要交流匯流條由常規(guī)交流電源通過變壓整流器供電，主蓄電池和APU蓄電池處于充電狀態(tài)。當(dāng)常規(guī)電源不可用時，主蓄電池和APU蓄電池系統(tǒng)可分別為左直流重要匯流條和右直流重要匯流條供電，蓄電池處于放電狀態(tài)。

蓄電池供電原理如圖3所示。蓄電池連接在蓄電池直接匯流條上，同時通過蓄電池接觸器和蓄電池控制器與直流重要匯流條連接。當(dāng)接通蓄電池開關(guān)，若變壓整流器無輸出到直流重要匯流條，則蓄電池控制器接通蓄電池接觸器，將蓄電池連接到直流重要匯流條上為其供電。若變壓整流器有輸出電壓到直流重要匯流條，則蓄電池控制器將斷開蓄電池接觸器。

若變壓整流器無輸出電壓到R DC ESS BUS，按壓頂部板上的電源控制板的APU BATT開關(guān)，“ON”燈亮，開關(guān)接通，將接通信號輸入至APU蓄電池控制器（Battery Controller，簡稱BC）， APU BC控制APU蓄電池接觸器（Contactor，簡稱C）接通，將APU BATT 和 R DC ESS BUS連接，向匯流條提供24V直流電，電壓信號通過右發(fā)電機控制器（Right Generator Control Unit，簡稱R GCU）和輔助發(fā)電機控制器（Auxiliary Generator Control Unit，簡稱A GCU）進(jìn)行監(jiān)測。APU起動接觸器連接在APU蓄電池直接匯流條上。若變壓整流器有輸出電壓到右直流重要匯流條，則APU蓄電池控制器將斷開APU蓄電池接觸器。

APU蓄電池的兩個溫度敏感信號以及電流敏感信號輸出到第二套數(shù)據(jù)處理器（Data Concentrator Unit，簡稱DCU 2），DCU 2同時也檢測蓄電池接觸器和蓄電池開關(guān)的狀態(tài)。APU蓄電池的第三個溫度敏感信號輸出到APU蓄電池控制器。APU蓄電池控制器的工作模式及其狀態(tài)的信息傳輸?shù)絉 GCU。R GCU通過429總線與指示/記錄系統(tǒng)交聯(lián)，實現(xiàn)APU蓄電池系統(tǒng)的狀態(tài)顯示。

3 電源系統(tǒng)簡圖頁顯示故障的分析研究

根據(jù)上節(jié)蓄電池供電原理分析，導(dǎo)致蓄電池供電狀態(tài)右直流匯流條顯示黃色的可能原因有顯示系統(tǒng)故障、控制系統(tǒng)故障或電壓監(jiān)測信號故障，導(dǎo)致顯示系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電壓監(jiān)測信號故障的可能原因有設(shè)備問題和線路問題，如圖4蓄電池供電狀態(tài)簡圖頁顯示故障故障樹所示。

3.1 故障樹分析及論證

3.1.1 顯示系統(tǒng)故障分析

APU蓄電池控制器的工作模式及其狀態(tài)的信息傳輸?shù)絉 GCU，右直流重要匯流條電壓信號傳輸至R GCU和A GCU，R GCU和A GCU通過429總線與指示/記錄系統(tǒng)交聯(lián)，實現(xiàn)APU蓄電池系統(tǒng)及右直流重要匯流條的狀態(tài)顯示。即，如果R GCU或A GCU與DCU2間總線線路故障或DCU 2設(shè)備故障，有可能導(dǎo)致APU蓄電池狀態(tài)顯示和右直流匯流條顏色顯示出現(xiàn)故障。

實際上，外電源供電時右直流重要匯流條也是將電壓信號傳輸至R GCU和A GCU，R GCU和A GCU通過429總線與指示/記錄系統(tǒng)交聯(lián)，與APU蓄電池供電時信號傳輸路徑相同。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，外電源供電時右直流重要匯流條顏色顯示正常，說明R GCU和A GCU與DCU 2之間總線線路正常，且DCU 2設(shè)備無故障。為進(jìn)一步排除DCU設(shè)備問題，現(xiàn)場將DCU 1和DCU 2進(jìn)行更換，故障未發(fā)生轉(zhuǎn)移。

綜合上述分析，排除由于顯示系統(tǒng)故障導(dǎo)致右直流重要匯流條顏色顯示故障。

3.1.2 控制系統(tǒng)故障分析

a）設(shè)備故障分析

R GCU為航線可更換設(shè)備，容易拆裝。將R GCU和L GCU互換后重新上電驗證，故障未轉(zhuǎn)移，排除R GCU故障。

電源系統(tǒng)簡圖頁顯示APU蓄電池為放電狀態(tài)，同時檢測APU蓄電池控制器接線樁頭ESS BUS和BATT BUS電壓（分別與R DC ESS BUS和APU BATT DIR BUS）相連，兩個接線樁頭電壓值均為24V，電壓值正確。該測試結(jié)果說明APU蓄電池正常放電，且APU蓄電池控制器能夠正?？刂菩铍姵亟佑|器閉合將APU蓄電池和右直流匯流條連接，從而排除APU蓄電池控制器故障，且進(jìn)一步可排除APU蓄電池和蓄電池接觸器故障。

b）線路故障分析

通過對APU蓄電池控制系統(tǒng)線路導(dǎo)通測試，未發(fā)現(xiàn)斷路現(xiàn)象，在導(dǎo)通過程中，同時對連接器中所有接線端子目視檢查，未發(fā)現(xiàn)有縮針、彎針現(xiàn)象，可排除控制系統(tǒng)線路故障。

綜合上述分析，排除APU蓄電池供電控制系統(tǒng)故障。

3.1.3 電源監(jiān)測信號分析

當(dāng)APU蓄電池通過蓄電池接觸器為右直流重要匯流條供電后，A GCU和R GCU將監(jiān)測匯流條上電壓信號，并將監(jiān)測結(jié)果通過429總線傳遞至指示記錄系統(tǒng)，指示記錄系統(tǒng)以簡圖頁形式予以顯示，如圖5所示R DC ESS監(jiān)測信號線路。當(dāng)R GCU或A GCU未監(jiān)測到R DC ESS BUS電壓信號或監(jiān)測到電壓信號故障時，R DC ESS BUS在簡圖頁上顯示琥珀色。

因為對顯示系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行排故時已經(jīng)對GCU進(jìn)行了互換，故障未轉(zhuǎn)移，說明GCU設(shè)備無故障，因此需將重點放在線路的排查上。

從圖5原理圖可以看出，我們只需對R DC ESS BUS與A GCU和R GCU間的線路及地信號線路進(jìn)行排查。實際上，無論是外電源供電和APU蓄電池供電，R DC ESS BUS在簡圖頁上的顯示原理均是通過圖5原理實現(xiàn)的，而外電源供電簡圖頁顯示正常APU蓄電池供電簡圖頁顯示卻不正常。排故過程中分別在外電源供電狀態(tài)和APU蓄電池供電狀態(tài)將R GCU從機上拆下，測量R GCU矩形連接器上對應(yīng)監(jiān)測信號接線端子，發(fā)現(xiàn)外電源供電時電壓為24V，而蓄電池供電時電壓值為0。同時，在蓄電池供電狀態(tài)，斷開APU蓄電池開關(guān)，讓R DC ESS BUS由DC ESS XFER BUS供電，此時R DC ESS BUS同樣顯示琥珀色。

根據(jù)圖3蓄電池供電原理圖可以看出，R DC ESS BUS可以由三個通道供電：右通道（常規(guī)電源）、APU蓄電池通道、直流重要互聯(lián)通道（主蓄電池），而只有通過右通道（外電源）供電時，簡圖頁正常顯示，即此時R GCU和A GCU可監(jiān)測到正常電壓。結(jié)合線路圖分析，排查出機上電壓監(jiān)測線路接線錯誤，導(dǎo)致簡圖頁顯示故障。

參看圖6. R DC ESS監(jiān)測信號線路分析，電壓監(jiān)測信號導(dǎo)線匯流條端應(yīng)連接至R ETR的1口（圖中綠色實線），而實際機上將此導(dǎo)線的此端連接到了R ESS C的1口（圖中紅色虛線）。因為，當(dāng)外電源供電時，R ESS C的1口與R DC BUS連接，此時R DC BUS上有28v電壓，R GCU和A GCU的R DC ESS電壓輸入接口自然可以監(jiān)測到28v電壓，因此簡圖頁顯示綠色。而當(dāng)APU蓄電池供電或DC ESS XFER BUS供電時，R DC ESS BUS有電，R DC BUS無電，但是監(jiān)測信號線路監(jiān)測的是R DC BUS上的電壓，因此雖然R DC ESS BUS上有電，簡圖頁仍然顯示琥珀色故障。將線路修復(fù)后，電池供電狀態(tài)簡圖頁中R DC ESS 匯流條顯示為綠色。

4 總結(jié)

本文針對機上簡圖頁顯示故障問題，首先分析了民用飛機電源系統(tǒng)蓄電池供電原理，結(jié)合系統(tǒng)原理找出了可能導(dǎo)致故障的幾個原因，并逐級細(xì)化。通過建立故障樹對每個導(dǎo)致問題的可能原因進(jìn)行分析，最終發(fā)現(xiàn)DC ESS監(jiān)測信號線路存在問題，對線路修復(fù)后故障排除。

【參考文獻(xiàn)】

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