某型機全機掉電故障分析

董曉宇，尹超華

(中國直升機設計研究所，江西景德鎮(zhèn)，333001)

1 概述

某型機在由1號交流發(fā)電機轉(zhuǎn)向2號交流發(fā)電機供電時，全機掉電。經(jīng)現(xiàn)場排查，發(fā)現(xiàn)2號交流發(fā)電機控制器（以下簡稱GCU）在控制主通道投網(wǎng)后只對2號交流接觸器的故障狀態(tài)進行了判別，但未控制2號交流接觸器執(zhí)行退網(wǎng)動作，由于電源系統(tǒng)優(yōu)先級的關系（2號交流優(yōu)先于1號交流），導致其它通道的電源無法投網(wǎng)，造成全機掉電。

2 故障定位分析

結(jié)合機上接觸器故障問題及產(chǎn)品內(nèi)部電源工作機理，通過建立故障樹，分析全機掉電故障可能的原因有以下幾個方面，如圖1所示。

圖1 全機掉電故障樹

故障樹引起該問題的故障模式有3種：A1模式為控制邏輯問題；A2為接觸器故障；A3為驅(qū)動能力不足。A1與A2（或A3）可能引起該故障的發(fā)生。

■2.1 控制邏輯A1

在投網(wǎng)過程中，GCU只對主接觸器的狀態(tài)進行了判別，并報送故障信息，但不執(zhí)行退網(wǎng)操作。由于電源系統(tǒng)優(yōu)先級的關系，當主接觸器無法正常接通完成轉(zhuǎn)電時，會導致其他通道的電源無法投網(wǎng)，從而引起全機掉電，因此確定控制邏輯A1存在缺陷。

■2.2 接觸器故障A2

A2主要表現(xiàn)為主接觸器的個體差異較大。

在接觸器驗收試驗的過程中，試驗現(xiàn)象如下：

（a）存在接觸器無法正常吸合，其線圈兩端電壓被拉低至12V左右；

（b）能夠吸合的接觸器的線圈兩端電壓在被拉低至16V后恢復至24V（C型電機永磁機電壓低），恢復時間為60-70ms，接觸器吸合時間不正常。

接觸器廠家給出的參數(shù)是接觸器接通瞬間線圈最低電壓標稱值為12V，個體參數(shù)差異較大導致一些接觸器無法正常吸合。接觸器廠家建議接觸器線圈兩端電壓控制在18V以上，可以確保所有接觸器正常接通。因此，需要提升GCU的驅(qū)動能力，以適應主接觸器的個體差異性。

■2.3 接觸器驅(qū)動能力A3

驅(qū)動能力不足一方面導致接觸器吸合的時間變長，影響全機轉(zhuǎn)電時間，另一方面，此種驅(qū)動能力不足可能會引起主接觸器的機械卡滯。

能夠引起A3的因素為：GCU控制方式會使主接觸器驅(qū)動回路的線路較長，從內(nèi)28V電源輸出到最終的接觸器線圈端的線路約25米長，接觸器接通瞬間的驅(qū)動電流較大（約7A），會產(chǎn)生較大壓降，使接觸器線圈驅(qū)動電壓降低。

3 機理分析

■3.1 GCU接觸器控制邏輯機理分析

由于電源系統(tǒng)優(yōu)先級的關系，主通道投網(wǎng)后對故障接觸器狀態(tài)的進行了判別，并報送故障信息，但未控制接觸器執(zhí)行退網(wǎng)操作。在GCU控制接觸器正常接通時，若接觸器發(fā)出機構部分動作，但主觸點未形成閉合投網(wǎng)能力，GCU仍然給故障接觸器施加控制電壓，占用該控制邏輯優(yōu)先級，導致其他通道的電源無法投網(wǎng)，從而造成全機掉電，控制邏輯存在缺陷。

■3.2 GCU接觸器驅(qū)動能力的機理分析

圖2為GCU內(nèi)部接觸器驅(qū)動電路，內(nèi)28V經(jīng)斷路器Q1后至發(fā)電開關GCS，發(fā)電開關閉合后再將28V送回2號交流GCU作為發(fā)電控制命令與接觸器驅(qū)動電源，2號交流GCU檢測到GCS開關信號時，控制2號交流系統(tǒng)發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電正常滿足投網(wǎng)條件后，GCU控制繼電器K208,將控制電源送至接觸器線圈正端，為接觸器的接通提供28V驅(qū)動電源。

圖2 接觸器驅(qū)動電路

圖3 接觸器端電壓波形

但接觸器在接通過程中，線圈內(nèi)阻約為4Ω，線圈電流較大，GCS開關到GCU的距離約為10米，輸入、輸出的GCU的線路總長度約為20米，再加上最終驅(qū)動電源到接觸器端的機上線路總長約25米(線徑0.5mm 2)，線路較長，在6-7A電流條件下瞬間接通會產(chǎn)生較大的壓降，會影響接觸器控制的驅(qū)動能力。同時考慮到接觸器個體之間存在差異，且接觸器熱冷態(tài)條件下驅(qū)動電壓不同，當驅(qū)動電壓低于接觸器吸合電壓時，接觸器不能正常接通。

接觸器端電壓的低端門限值為(19.2-22)VDC,可滿足接觸器（18-28）VDC的門限需求，但裕量范圍不大。

4 設計改進

■4.1 控制邏輯優(yōu)化改進

主通道投網(wǎng)后對接觸器狀態(tài)進行實時檢測，檢測接觸器的輔助觸點狀態(tài)與控制指令是否一致。若一致，則認為主接觸器已經(jīng)正常閉合，且工作正常。否則，進行延時故障判斷，當檢測到接觸器故障持續(xù)時間超過1.2s，執(zhí)行退網(wǎng)操作并報送接觸器故障信息給供電處理機；若1.2s內(nèi)接收到輔助觸點正常信息，則故障清零，重新進行狀態(tài)判斷，同時保持投網(wǎng)狀態(tài)不變。

■4.2 驅(qū)動能力優(yōu)化改進

考慮到機上與GCU驅(qū)動線路的實際情況，采用了GCU內(nèi)部走線優(yōu)化的方式，縮短GCU到接觸器端的線路長度為5米，使驅(qū)動接觸器的信號不再經(jīng)過發(fā)電機開關控制回路，如圖4所示。減小吸合瞬間的線路壓降，同時使電流信號不再經(jīng)過發(fā)電機開關，減少發(fā)電開關發(fā)生故障的概率。

對控制器進行閉環(huán)對比試驗時發(fā)現(xiàn)，當GCS線路采用和機上一致的線制時，接觸器兩端的電壓在接觸器驅(qū)動瞬間的壓降較大；而GCS線路變短后，接觸器兩端的電壓在接觸器驅(qū)動瞬間的壓降變小，即當GCS走線變短時，可以提高控制器對接觸器的驅(qū)動能力，接觸器接通瞬間的電壓提高約2V。如圖5所示。

圖4 優(yōu)化后的控制線路

圖5 改進走線方式后的瞬態(tài)電壓波形

因此，可以通過改變控制器內(nèi)部走線方式，縮短接觸器的驅(qū)動回路，吸合電壓在約30ms的時間，接觸器端的電壓最低值為 (21.4-23.8)VDC,完全可以滿足機上接觸器使用的（18-28）VDC范圍要求，且裕量范圍提升2V以上。

5 結(jié)論

綜上試驗情況并與之前未改進進行對比，改進后GCU未驅(qū)動能力得到了有效提高。由此可見，該改進措施有效，在后續(xù)產(chǎn)品研制中應充分借鑒此故障機理，避免此類故障再次發(fā)生。