一起人為差錯導致的勵磁繼電器燒毀故障分析

劉建波 張增朝 張鵬君 謝向成 翟鋒廣 邵德志

摘要：飛機故障的發(fā)生并不是孤立的，人為差錯占據(jù)著很大的比例，本文通過對某型飛機一起勵磁繼電器燒毀故障的分析，通過現(xiàn)象看本質，從中吸取經(jīng)驗教訓，不斷提高維修人員的素養(yǎng)和能力。

關鍵詞：人為差錯；勵磁繼電器；燒毀；故障分析

Keywords：human error；excitation relays；burnt out；failure analysis

0 引言

一架某型飛機定檢后首次雙發(fā)起動未發(fā)現(xiàn)異常，左發(fā)起動時間為43s，右發(fā)起動時間為46s，發(fā)動機起動后一切工作正常；第2次地面雙發(fā)起動過程中，左右發(fā)N2轉速在22%～25%之間上升緩慢（與正常相比），雙發(fā)起動時間約為53s（規(guī)定地面電源起動時間應不大于55s）；發(fā)動機停車冷卻后，第3次雙發(fā)起動在進入第三級升壓過程中，座艙內“左直斷電”“右直斷電”信號燈先后燃亮，雙發(fā)起動失敗。

1 故障檢查

檢查電源艙繼電器盒（產(chǎn)品插頭：C84、C83）發(fā)現(xiàn)27DZ、28DZ（JKB-S2C）左右直流發(fā)電機勵磁繼電器內有嚴重的燒焦氣味發(fā)出，測量該繼電器的④、⑤常閉觸點之間電阻為無窮大（見圖1），表明該觸點之間被燒斷，晃動該繼電器內部有金屬撞擊聲。對繼電器進行分解檢查，發(fā)現(xiàn)連接在⑤號觸點上的轉換觸點支臂從觸點端被熔斷約三分之一，⑥號常開觸點被燒熔約二分之一變成橢圓形，說明燒熔是發(fā)生在27DZ、28DZ繼電器加電轉換觸點⑤與常開觸點⑥閉合的情況下。

2 故障再現(xiàn)檢查

雙發(fā)起動系統(tǒng)原理如圖2所示。檢查燒熔涉及的工作電路，未找到故障發(fā)生原因；檢查電源艙繼電器盒線路，也未發(fā)現(xiàn)異常。為確認故障，更換了兩件燒毀的27DZ、28DZ繼電器，在27DZ繼電器的⑤、⑥常開觸點支路（C83的①號）外接引線串聯(lián)一個電流表（置于50A檔），在28DZ繼電器的⑤、⑥常開觸點支路（C84的13號）外接引線并聯(lián)一個電壓表（置于100V檔），將電源艙繼電器盒裝機，重新進行試車檢查，同時由專人記錄電壓表、電流表的指示情況。

第一次雙發(fā)起動2s后電壓表指示28V，7.1～43s電壓表指示為56V左右；第一次雙發(fā)起動2s后電流表指示20A，7.1～12.6s電流表指示約40A左右，12.6～43s電流表指示為26A左右；發(fā)動機起動成功后，電壓表指示28V左右，電流表指示在6～9A之間。

發(fā)動機完全冷卻后進行第二次起動，電壓表、電流表指示重復上述現(xiàn)象，只是在持續(xù)時間上有所差異。

發(fā)動機完全冷卻后第三次起動，電壓表、電流表指示同上，但在7.1～12.6s之間時電流表指示由40A左右跳開為零，同時電壓表指示56V持續(xù)約35s后跳變?yōu)?8V。

3 故障定位與排除

根據(jù)故障再現(xiàn)情況分析得知，當發(fā)動機起動7.1s后起動電壓由28V變?yōu)?6V串聯(lián)供電，55FQ轉換接觸器工作，此時，從中心匯流條來的正電經(jīng)55FQ轉換接觸器的①和③觸點、地面電源插銷④到D3轉換接觸器工作線圈回負，使D3轉換接觸器工作，則兩組地面電源一路經(jīng)地面電源插銷①號繼續(xù)向中心匯流條供電，另一路經(jīng)D3轉換接觸器的①、③觸點到一組電源負、一組電源正、D1接觸器閉合觸點到供電插銷②號，實現(xiàn)兩組電源串聯(lián)向起動發(fā)電機供電，串聯(lián)升壓56V正電加到43FQ1、43FQ3、44FQ1、34DZ4導線及55FQ的②號觸點上，電壓表測量的直流電壓為前下艙匯流條上的電壓（見圖2），正常應為28V，實測電壓表顯示為56V，說明串聯(lián)升壓56V正電此時錯誤地加到了前下艙匯流條上。因此，只要找出錯誤加到前下艙匯流條上高壓的原因，就找到了故障發(fā)生的根源。

用三用表檢查43FQ1、43FQ3、44FQ1、34DZ4導線及55FQ的②號觸點高壓線路，發(fā)現(xiàn)44FQ1導線錯接在55FQ轉換接觸器的①號觸點，55FQ1導線錯接在55FQ轉換接觸器的②號觸點，即44FQ1導線與55FQ1導線發(fā)生相互錯接。將錯接的兩根導線進行更正，進行地面電源三次雙發(fā)起動試車檢查，發(fā)動機起動系統(tǒng)工作良好，故障徹底排除。

4 故障分析

4.1 地面電源起動原理簡述

如圖2所示，在地面電源雙發(fā)起動過程中，飛機采用了四級起動，即降壓起動、28V起動、56V升壓起動（7.1s后）、12.6s后減少磁通（并激線圈串聯(lián)3Ω電阻）起動。當按下起動按鈕2～42.7s時，左發(fā)從38FQ定時機構的16孔來電，經(jīng)C84插頭的8孔使27DZ繼電器工作，使常開觸點⑤、⑥吸合，右發(fā)從38FQ定時機構的1孔來電，經(jīng)C84插頭的11孔使28DZ繼電器工作，使常開觸點⑤、⑥吸合，激磁電流從前下艙匯流條經(jīng)49FQ、50FQ熔斷器分兩路，一路經(jīng)左4FQ插頭的45孔、J17（1）、J17（2）的常閉觸點從44孔輸出，經(jīng)C84插頭的2孔、27DZ繼電器的常開觸點⑤、⑥到1DZ（QF-12D）左直流起動-發(fā)電機的B+并激線圈；另一路經(jīng)右4FQ插頭的45針、J18（1）、J18（2）的常閉觸點從44針輸出，經(jīng)C84插頭的7孔、28DZ繼電器的常開觸點⑤、⑥到2DZ（QF-12D）右直流起動-發(fā)電機的B+并激線圈，完成起動激磁工作。

4.2 原因分析

因為44FQ1導線與55FQ1導線相互錯接，使44FQ1與55FQ2導線同接于55FQ接觸器的①號觸點上，當7.1s后56V正電經(jīng)44FQ1、55FQ2導線加到前下艙匯流條上，使前下艙匯流條此時帶56V正電。

升壓后的激磁電流從前下艙匯流條經(jīng)49FQ、50FQ熔斷器分兩路，一路經(jīng)左4FQ插頭的45孔、J17（1）、J17（2）的常閉觸點從44孔輸出，經(jīng)C84插頭的2孔、27DZ繼電器常開觸點⑤與⑥、C84插頭的1孔、1DZ（QF-12D）左直流起動-發(fā)電機的B+并激線圈回負極；另一路經(jīng)右4FQ插頭的45針、J18（1）、J18（2）的常閉觸點從44針輸出，經(jīng)C84插頭的7孔、28DZ繼電器的常開觸點⑤與⑥、C84插頭的13孔、2DZ（QF-12D）右直流起動-發(fā)電機的B+并激線圈回負，完成起動激磁工作。增加后約2倍的激磁電流造成27DZ繼電器常開觸點⑤與⑥、28DZ繼電器常開觸點⑤與⑥燒蝕，三次起動造成觸點燒熔，使勵磁支路電流指示為零，電壓指示由56V變?yōu)?8V。

發(fā)動機地面起動完畢后，后續(xù)對飛機正常工作將不受影響。這是因為在飛機發(fā)動機地面起動結束后，55FQ接觸器斷電觸點轉換，使55FQ接觸器的①、②觸點處于常閉連通狀態(tài)，連接于①、②觸點的44FQ1和55FQ1導線相互連通，因此飛機后續(xù)工作不受影響。

4.3 第3次雙發(fā)起動燒毀繼電器常開觸點的原因

當44FQ1、55FQ1導線在定期檢修時相互錯接后，第1次、第2次地面電源雙發(fā)起動時，27DZ、28DZ繼電器處于性能良好狀態(tài)，故此，可以承受地面兩次起動大電流過載的短時沖擊，但其性能受大電流過載影響，繼電器觸點出現(xiàn)燒蝕接觸電阻增大現(xiàn)象，造成觸點壓降增大。當?shù)?次雙發(fā)起動時，27DZ、28DZ繼電器的觸點受接觸電阻增大影響，一方面觸點壓降增大產(chǎn)生高溫，另一方面觸點壓降增大導致起動并激線圈電流下降，使發(fā)動機起動時間延長。兩者的共同影響導致27DZ、28DZ繼電器常開觸點⑤、⑥被持續(xù)大電流燒熔。

由于44FQ1、55FQ1導線相互錯接，導致7.1s時前下艙匯流條加入直流高壓使激磁電流增加約一倍，使并激線圈中的實際電流值增加到35～40A（正常值應為20A），對27DZ、28DZ繼電器的工作觸點造成嚴重燒蝕。實際上，并激線圈電路中35～40A電流的持續(xù)時間為12.6s-7.1s=5.5s，在12.6～42.7s期間激磁電路中串入了一個3Ω降壓電阻，激磁電流顯示為26A，起動期間電流比正常起動勵磁電流增加約一倍，因此造成繼電器觸點燒毀。

4.4 繼電器故障再現(xiàn)試驗

取一件性能良好的JKB-S2C繼電器（額定電流10A，允許觸點流經(jīng)兩倍的額定電流2min），進行破壞性試驗得知：對觸點施加20A負載電流2min，繼電器工作正常；第一次對觸點施加40A負載電流5～6s，之后持續(xù)施加26A負載電流30s，繼電器觸點產(chǎn)生輕微冒煙現(xiàn)象；冷卻至常溫，第二次對觸點施加40A負載電流5～6s，之后持續(xù)施加26A負載電流30s，觸點冒煙并產(chǎn)生變形；冷卻至常溫，第三次對觸點施加40A負載電流5～6s，轉為持續(xù)施加26A負載電流30s，觸點嚴重冒煙后轉換支臂被燒斷、觸點被燒熔。

4.5 慣性保險絲未燒毀原因

由于導線錯接導致前下艙匯流條7.1s后加入了56V高壓，在并激線圈支路產(chǎn)生超大電流，電流經(jīng)49FQ、50FQ左右起動發(fā)電機激磁電路慣性保險絲約有35～40A的電流，持續(xù)時間約為5.5±0.55s，當12.6s第四級起動時在并激線圈支路中串入了一個3Ω的降壓電阻，之后30s電路中電流下降至約26A左右，根據(jù)慣性保險絲具有承受短時大電流的特點可知，49FQ、50FQ（GB-20）慣性保險絲不會被短時大電流燒毀。

4.6 密封繼電器未燒毀原因

在雙發(fā)起動時，與27DZ、28DZ繼電器常開觸點⑤、⑥處于同一支路中的QDX-15A起動箱（4FQ）內的J17（1）、J17（2）、J18（1）、J18（2）密封繼電器（JKM-S2M）的四對常閉觸點未被燒毀。這是因為27DZ、28DZ為JKB-S2C型非密封繼電器，J17（1）、J17（2）、J18（1）、J18（2）為JKM-S2M型密封繼電器，兩種繼電器的技術性能基本相同，額定電壓均為27V，額定電流均為10A，觸點壓降≤90mV，允許觸點流經(jīng)兩倍額定電流2min，但還存在兩個不同。

區(qū)別1：JKB-S2C型繼電器為非密封繼電器，內部為空氣；JKM-S2M型為密封繼電器，殼體內充有99.99%的惰性氣體氮氣。在相同大電流負載條體下，處于空氣中的觸點會與空氣中的可燃氣體發(fā)生作用，產(chǎn)生燒蝕、氧化、高溫直至燒毀；反之，密封條件下的觸點在純氮氣保護下不會產(chǎn)生燒蝕、氧化及觸點壓降異常增大。

區(qū)別2：J17（1）、J17（2）與J18（1）、J18（2）密封繼電器的四個觸點分別與一個3Ω的限流電阻并聯(lián)，限流電阻在大電流流過時起到了分流作用，故此，在相同負載電流條件下流經(jīng)J17（1）、J17（2）、J18（1）、J18（2）密封繼電器4個觸點的電流遠小于流經(jīng)27DZ、28DZ常開觸點的電流。

5 改進措施

5.1 導線標識

為避免上述人為差錯的發(fā)生，達到在外部感觀上的區(qū)別，對前設備艙右側接觸器盒的連接導線55FQ1進行標識，將55FQ1導線的標識套綁線由“黑色”改為“紅色”。

5.2 排故后檢查

此類故障排除后，應檢查49FQ、50FQ（GB-20）慣性保險絲的電氣性能，電阻值約為3.5～4.0mΩ。在額定電壓28VDC條件下，20A額定電流時測量其電壓降應不大于85mV；不符合上述要求時應更換為新品。同時，檢查55FQ2導線是否存在高溫燒蝕現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)異常應及時更換。

5.3 人為差錯故障判斷

由于44FQ1和55FQ1導線相互錯接故障只影響飛機的起動過程，且前兩次不會燒毀27DZ、28DZ繼電器，故此危害較大。且44FQ1和55FQ1導線相互錯接故障在起動過程中不易被發(fā)現(xiàn)，只能根據(jù)27DZ、28DZ繼電器觸點被燒熔來間接判斷，因此必須核查43FQ1、43FQ3、44FQ1、34DZ4等升壓導線的具體錯接部位。