淺談波音787高壓直流匯流條掉電故障

摘要：波音787飛機(jī)高壓直流電源（HVDC）分配系統(tǒng)中公共馬達(dá)控制器（CMSC）故障多發(fā)，常引起上游自耦變壓整流器（ATRU）自動跳開，同時伴隨多條狀態(tài)信息出現(xiàn)，影響飛機(jī)放行。本文就最常見的由CMSC導(dǎo)致的高壓直流匯流條掉電情況進(jìn)行分析，詳細(xì)介紹了故障源判斷方法，并給出了相應(yīng)的解決方案。此外還對該故障的航線保留處理最佳實踐進(jìn)行了探討，以縮短因故障保留造成的航班延誤時間。

關(guān)鍵詞：高壓直流電源；公共馬達(dá)控制器；自耦變壓整流器

Keywords：high voltage DC；common motor start controllers；autotransformer rectifier

0 引言

波音787飛機(jī)是波音公司當(dāng)今最先進(jìn)的機(jī)型，被稱作夢想飛機(jī)，除了采用大量復(fù)合材料外，787飛機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和電器系統(tǒng)與傳統(tǒng)機(jī)型有很大不同，其中一個重要改變就是電器設(shè)備在更多系統(tǒng)的應(yīng)用，傳統(tǒng)機(jī)型中諸如發(fā)動機(jī)引氣源、空調(diào)、液壓剎車等均由電氣設(shè)備來代替。因此，對于787飛機(jī)來說，24章電源系統(tǒng)的維護(hù)受到格外關(guān)注，地面維護(hù)人員的技術(shù)理念也應(yīng)適應(yīng)此變化。

1 系統(tǒng)介紹

787飛機(jī)有一個專用的高壓直流電源分配系統(tǒng)（HVDC），安裝在后電子設(shè)備（EE）艙電源面板內(nèi)部。HVDC給馬達(dá)控制器（MC）供電，電源來自主235V交流AC分配系統(tǒng)、APU電瓶、后外地面電源插座等高壓供電設(shè)備，由電源冷卻系統(tǒng)（PECS）冷卻。

圖1所示為HVDC系統(tǒng)電路示意圖，4個自耦變壓整流器（ATRU）左一（L1）、左二（L2）、右一（R1）、右二（R2）分別連接4個高壓直流匯流條，ATRU將HVDC總線的三相、變頻235V交流電轉(zhuǎn)換為±270V直流電，為下游部件供電。每個高壓直流匯流條下游有3個MC，典型的如L1的連接有左一電動馬達(dá)驅(qū)動泵公共馬達(dá)控制器（L1 EMP CMSC）、左一客艙空氣壓縮機(jī)公共馬達(dá)控制器（L1 CAC CMSC）和沖壓風(fēng)扇馬達(dá)控制器（RFMC）。

每個CMSC的功能并不一定單一，在特定的工作條件下可執(zhí)行相關(guān)的特定功能，CMSC通常將±270V直流電壓用于連接馬達(dá)的運行。CMSC馬達(dá)的輸出和頻率控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，得到選擇的相關(guān)功能系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)。例如，圖1中L1 CAC CMSC提供4路電源，分別是左一客艙空氣壓縮機(jī)（CAC L1）、左一發(fā)動機(jī)起動電源（ENG STRT POWER L1）、左側(cè)APU起動電源（APU STRT POWER L）以及左側(cè)沖壓風(fēng)扇（RAM FAN L）。

HDVC的主要部件安裝在P700/ E5 RACK設(shè)備架和P800/E6 RACK設(shè)備架上。E5和E6設(shè)備架分別包含4個CMSC。CMSC在設(shè)備架上的安裝位置決定了CMSC的名稱和具有的功能（CMSC的件號如果一致，就可以互換）。

2 典型故障現(xiàn)象

某航空公司一架787-9飛機(jī)在發(fā)動機(jī)啟動后出現(xiàn)右液壓需求泵故障（HYD PUMP DEM R）信息，該信息為NO GO信息（不可放行），飛機(jī)滑回。圖2、圖3、圖4分別反映了當(dāng)時駕駛艙的故障現(xiàn)象。

圖2的“狀態(tài)頁面”顯示有多個CMSC的功能狀態(tài)信息。根據(jù)圖5所示，L2 ATRU下游三個MC的相應(yīng)狀態(tài)信息都在駕駛艙的狀態(tài)頁面上跳出，表明左二客艙空氣壓縮機(jī)公共馬達(dá)控制器（L2 CAC CMSC）、超控拋油泵馬達(dá)控制器（OJMC）、左二液壓泵公共馬達(dá)控制器（L2 EMP CMSC）三個部件都不工作。從圖3的“電源維護(hù)頁面”中得知，L2 CAC CMSC、L2 EMP CMSC輸出功率為0，并且左二270V高壓直流匯流條（270 DC BUS）不工作（OFF）。最后，通過圖4的“電源系統(tǒng)顯示控制頁面（ESIC）”確認(rèn)，是左二自耦變壓整流器接觸器（L2 ATRUC）斷開造成的這種現(xiàn)象。

3 故障原因分析

結(jié)合故障信息顯示和對HVDC系統(tǒng)功能的分析，對故障的可能原因進(jìn)行初步判斷。

1）如圖5所示，在發(fā)電機(jī)控制組件（GCU）、ATRU、CMSC之間有一條相互串聯(lián)的地線，如果接地功能因故障斷開，GCU就會斷開自耦變壓整流器接觸器（ATRUC），無法向ATRU供電。

2）在上述故障模式下，如果一個CMSC內(nèi)部發(fā)生故障，可能觸發(fā)地線故障，將導(dǎo)致上游的高壓直流匯流條電壓不穩(wěn)，從而跳開對應(yīng)的L2 ATRUC，使相應(yīng)的高壓直流匯流條斷電。L2 ATRU斷電將引起下游包括CMSC和OJMC在內(nèi)的所有部件不工作，最終觸發(fā)多個部件的故障狀態(tài)信息和提示信息。這就是解釋了單個CMSC故障也會引起多個原本正常的MC功能失效的原因。接下來，需要從L2 ATRU下游三個斷電的MC尤其是CMSC中逐一判斷是哪個部件的故障觸發(fā)了地線斷路，從而導(dǎo)致上游ATRUC的斷電。

4 故障源的判斷與排除

首先恢復(fù)L2 ATRUC跳開關(guān)，進(jìn)行相關(guān)CMSC系統(tǒng)測試。

由于初步判斷L2 CAC CMSC疑似故障，因此，交換安裝L2 CAC CMSC（疑似故障）和L1 EMP CMSC（完好件）。發(fā)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移，如圖6、圖7所示。系統(tǒng)顯示L1 EMP CMSC故障，串件前原本閉合狀態(tài)的L1 ATRU受故障CMSC影響而斷開，由此確定L2 CAC CMSC為故障件。復(fù)位后拆下并更換故障件L2 CAC CMSC，執(zhí)行測試，故障消失。

5 HVDC系統(tǒng)掉電排故總結(jié)

5.1 XX HVDC BUS匯流條間歇性故障

進(jìn)入ESIC頁面，循環(huán)復(fù)位XX ATRUC接觸器的跳開關(guān)。

ATRUC-L1：CK2435501 ATRUCL2：CK2435502；

ATRUC-R1：CK2435503 ATRUCR2：CK2435504；

如果故障信息消失，應(yīng)長時間通電觀察。

5.2 MC組件失效故障

1）斷開/重置跳開關(guān)法：分別斷開XX ATRUC下游2～3個組件的跳開關(guān)（每次斷開一個組件的跳開關(guān)，然后重置一次ATRUC接觸器），當(dāng)斷開某一組件的跳開關(guān)后ATRUC接觸器跳開關(guān)可以閉合，即證明該組件故障。

2）對串CMSC/RFMC隔離法：采用上述案例的排故方法，循環(huán)復(fù)位XX ATRUC接觸器的跳開關(guān)，如果故障信息未消除，則無法判斷故障CMSC/ RFMC，需根據(jù)狀態(tài)信息初步判斷出最有可能發(fā)生故障的CMSC/RFMC，然后對串CMSC/RFMC進(jìn)行判斷。左右對串P700板和P800板上相應(yīng)的部件，如果故障隨部件轉(zhuǎn)移，則說明被串的CMSC/ RFMC為故障件，可采取更換故障件或進(jìn)行保留的措施。

5.3 RFMC短路或斷路故障

與CMSC故障的判斷一樣，RFMC短路或斷路故障可先根據(jù)維護(hù)信息的觸發(fā)時間來判斷具體是哪個部件發(fā)生了故障。RFMC的短路或斷路會產(chǎn)生多種故障模式，當(dāng)維護(hù)信息無法判斷時，可以優(yōu)先考慮更換RFMC。

6 快速處理外站故障保留放行的探討

外站飛機(jī)維護(hù)人員應(yīng)具備清晰的排故思路及時間意識。尤其在判斷故障源時，應(yīng)通過總結(jié)上述方法快速判斷出故障源，再對現(xiàn)場的工作條件及航站維修能力進(jìn)行整體評估，以做出最有利于航班運行與兼顧飛行安全的決定。必須了解最低設(shè)備清單（MEL）對各CMSC的放行條件。根據(jù)MEL的要求，L2/R2 EMP CMSC不允許失效保留放行；L1/ R1 EMP CMSC和L/R RFMC只可以安裝失效放行工具保留放行（M項）；4個CAC CMSC均可被“失效”，僅需斷開跳開關(guān)或在極低可能性出現(xiàn)部件短路情況下，安裝失效放行工具放行（M項）。根據(jù)重要程度和M項工作量，建議優(yōu)先選擇4個CAC CMSC作為備用串件源。

當(dāng)飛機(jī)在外站短停時遇到L2/R2 EMP CMSC故障信息（不能放行），在隔離出故障組件后可能因為航材備件短缺和時間緊迫，為了最大限度地避免航班延誤，可以采取互串CMSC的方法解決。將故障CMSC串至其他允許失效放行并且M項工作量最少的位置，如串至4個CAC CMSC設(shè)備架上，待執(zhí)行航班后回基地徹底排除，確保L2/R2 EMP CMSC在正常工作的前提下，失效的CAC CMSC空調(diào)在“降級”工作條件下仍可保證飛機(jī)正常運行的用電需求。

7 結(jié)束語

本文針對波音787飛機(jī)日常維護(hù)過程中高壓直流匯流條多次掉電故障進(jìn)行了分析，從系統(tǒng)功能上分析了故障成因；從平時的維護(hù)實踐方面探討了判斷故障源的工作方法；從飛機(jī)維護(hù)操作上給出一些快速故障保留放行的技術(shù)建議。希望能為從事787飛機(jī)維護(hù)的同仁提供有價值的參考。

波音公司發(fā)布了升級到BP4.0的CMSC軟件，該升級增強(qiáng)了CMSC的自判斷邏輯，解決了因某個CMSC故障而頻繁斷開ATRUC的問題，HVDC系統(tǒng)的可靠性得到了較大提升，提高了飛機(jī)的運行可靠性。

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作者簡介

梅伯浩，技術(shù)員，現(xiàn)從事波音787飛機(jī)的航線維修工作。