波音787 飛機(jī)NO GO 故障ELCC分析及排故新思路

■ 程凱文/北京飛機(jī)維修工程有限公司

0 事件背景

國(guó)航一架波音787-9 飛機(jī)在執(zhí)行航班任務(wù)時(shí)，飛機(jī)在下降階段AHM 監(jiān)控出現(xiàn)狀態(tài)信息ELEC P200 PANEL，相關(guān)聯(lián)維護(hù)信息27-19173 Electrical Load Control Contactor（CK2761503 ELECT ACTR-SPLR 11）is failed to the closed position（見(jiàn)圖1）。因此故障為不可放行故障，故聯(lián)系當(dāng)?shù)谹OG 借件排故。飛機(jī)落地后，狀態(tài)信息存在，相關(guān)聯(lián)維護(hù)信息為ACTIVE 狀態(tài)，CBIC頁(yè)面無(wú)法控制該繼電器，CBIC 頁(yè)面顯示該繼電器系統(tǒng)指令OFF，負(fù)載電 流0.00AMPS， 輸 出 狀 態(tài)FAILED SHORT。由于繼電器存在故障，導(dǎo)致CBIC 無(wú)法控制（見(jiàn)圖2）。整機(jī)斷電重啟后故障依舊，于是按FIM 斷電執(zhí)行更換繼電器，重新拆裝一遍繼電器并輕敲后故障排除，維護(hù)信息為NOT ACTIVE，狀態(tài)信息消失。分析認(rèn)為繼電器可能接觸不良或存在間歇性故障。出于適航安全考慮，飛機(jī)返回基地后更換了該繼電器。后續(xù)監(jiān)控該飛機(jī)執(zhí)行航班情況，運(yùn)行平穩(wěn)，再未出現(xiàn)相關(guān)電源系統(tǒng)故障。

圖1 相關(guān)故障維護(hù)信息

圖2 相關(guān)故障跳開(kāi)關(guān)狀態(tài)

1 波音787 電源系統(tǒng)原理

波音787 飛機(jī)在最初設(shè)計(jì)時(shí)就取消了傳統(tǒng)機(jī)型的ATA 36 引氣章節(jié)，采用了電啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)（CMSC）、電剎車(chē)、純電空調(diào)和電熱毯大翼防冰等手段，整個(gè)飛機(jī)用到發(fā)動(dòng)機(jī)引氣的部分僅有渦輪間隙控制、核心機(jī)匣冷卻、防喘活門(mén)、軸承腔壓力封嚴(yán)、靜子可調(diào)葉片的操作及防冰、發(fā)動(dòng)機(jī)唇口防冰等發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部ATA 75 章的內(nèi)容，因此，787 機(jī)型對(duì)ATA 24 章電源的需求尤為重要。該型飛機(jī)有6 個(gè)主發(fā)電通道，4 個(gè)VFSG 和2 個(gè)ASG 分別提供235V 的AC 變頻發(fā)電，與傳統(tǒng)飛機(jī)相比，新增了235V 的AC 匯流條和270V 的DC 匯流條，可以更好地保障大負(fù)載用戶的需求。

787 電源分配系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)的4個(gè)VFSG 向235V 的AC 匯流條供電（即P100 板 和P200 板），由APU 的2 個(gè)ASG 向235V 的AC 匯流條供電（即P150 板）。235V 的AC 匯流條分成3 路，第1 路通過(guò)4 個(gè)ATRU 分配到+/-270V 的DC 匯 流 條（即P700 板 和P800 板，主要用戶為8 個(gè)CMSC，用于EMP、NGS、CAC、APU 啟動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)等）；第2 路通過(guò)2 個(gè)ATU 分配到115V 的AC 匯流條（即P300 板和P400 板）；第3 路通過(guò)4 個(gè)TRU 分配到EBPSU（電剎車(chē)供電組件，P500 板和P600 板）、28V 的DC 匯流條、儀表匯流條和BACKUP 匯流條（也在P300 板和P400 板），如圖3 所示。

圖3 24章電源系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

787 電源系統(tǒng)總的控制和監(jiān)控終端是BPCU，涉及具體負(fù)載用戶從各匯流條使用，大致分成三級(jí)控制、分配及保護(hù)。第一級(jí)ELCU，為大負(fù)載用戶電源分配、控制及保護(hù)（可以分配235V的AC/115V 的AC 負(fù)載，最大分配電流可達(dá)430AMP）。第二級(jí)SPDU，為次級(jí)電源分配組件，為中負(fù)載用戶電源分配、控制及保護(hù)（可以分配115V 的AC/28V 的DC 負(fù)載，最大分配電流可達(dá)50AMP，最小可達(dá)2.5AMP）。第三級(jí)RPDU，為遠(yuǎn)程電源分配組件，為小負(fù)載用戶電源分配、控制及保護(hù)（可以分 配115V 的AC/28V 的DC 負(fù) 載，通常分配電流小于10AMP）。

ELCU 用于控制、監(jiān)控及保護(hù)性關(guān)斷ELCC，ELCC 是連接/斷開(kāi)較大負(fù)載用戶的繼電器。其中P100 板、P200板、P150 板、P300 板 和P400 板 均 有ELCU。P300 板 和P400 板 的ELCU 受BPCU 控 制，P100 板、P200 板、P150板的BPCU 通過(guò)GCU 和AGCU 來(lái)控制相關(guān)ELCU。ELCU 分為C 卡和P 卡兩部分，C 卡（communication）是通信卡，內(nèi)有軟件，接受BPCU 指令信號(hào)。P 卡（protection）是保護(hù)卡，是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)接受C 卡信號(hào)，完成控制功能及保護(hù)功能。P 卡有些指令直接來(lái)自GCU或BPCU，有些P 卡僅有保護(hù)功能，沒(méi)有控制功能，如ATRU 的閉合/關(guān)斷指令直接來(lái)自GCU，相關(guān)P 卡只能起到保護(hù)功能性關(guān)斷作用。每個(gè)C 卡能控制6 個(gè)P 卡，每個(gè)P 卡有6 個(gè)模塊，對(duì)應(yīng)控制及保護(hù)6 個(gè)ELCC（設(shè)計(jì)之初為了安全裕度，有些P 卡為多余度設(shè)計(jì)，即雖然可控制6 個(gè)ELCC，但實(shí)際構(gòu)型只控制5 個(gè)或4 個(gè)）。

2 分析與探討

前述事件中的故障發(fā)生在外站，涉及到必須換件，無(wú)備件時(shí)可采取哪些臨時(shí)處理措施以避免外站AOG 停場(chǎng)，是下面分析和探討的主要內(nèi)容。

2.1 提出措施

通過(guò)查詢相關(guān)繼電器件號(hào)的IPD DMC-B787-A-24-09-01-010-941A手冊(cè)，確定同件號(hào)繼電器的適用性，提出同機(jī)串件的方法。

1）以同電源分配面P200 板為例，其繼電器件號(hào)7001099-335，多達(dá)17 個(gè)適用性及規(guī)格（III 3PST NO 15A）都是一樣的。可通過(guò)繼電器的名稱簡(jiǎn)單判斷該繼電器影響的飛機(jī)系統(tǒng)及部件。

2）在緊急情況下通過(guò)同機(jī)串件后MEL 放行飛機(jī)。如將同件號(hào)、同適用性、同規(guī)格的繼電器VAC BLOWER-R CK3832502 與故障繼電器ELECT ACTR-SPLR 11 CK2761503 對(duì)串互換，按MEL 38-30-01-01 保留污水系統(tǒng)真空泵，放行飛機(jī)。由于污水系統(tǒng)真空泵既不是飛機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)也不是關(guān)鍵構(gòu)型，其失效不會(huì)影響機(jī)組操作，僅對(duì)客艙服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生影響，不會(huì)影響適航安全，因此可做MEL 保留后放行飛機(jī)。

2.2 分析探討

通過(guò)分析相關(guān)繼電器與ELCU 的P卡和C 卡的電信號(hào)邏輯關(guān)系，討論同機(jī)串件的可能性及問(wèn)題。

對(duì)串繼電器的想法雖然很好，但實(shí)際操作中可能有問(wèn)題。通過(guò)查看SSM，發(fā)現(xiàn)該繼電器CK2761503 ELECT ACTR-SPLR 11 的供電和電信號(hào)控制分成了兩路。235V 的AC 供電去向11#電擾流板EMCU，通過(guò)AV/DC 整流器給擾流板作動(dòng)器的電馬達(dá)和電剎車(chē)供電（見(jiàn)圖4）。而電信號(hào)控制路去向ELCU 的P 卡（見(jiàn)圖5），執(zhí)行電流監(jiān)控、默認(rèn)值探測(cè)、指令&故障重置開(kāi)關(guān)、保護(hù)功能、構(gòu)型和自檢等功能。每個(gè)ELCC 繼電器除了為自己關(guān)聯(lián)的飛機(jī)系統(tǒng)和部件供電，還通過(guò)ELCU 的P 卡接受ELCU 的C 卡的控制信號(hào)指令，完成閉合或斷開(kāi)動(dòng)作，ELCC 繼電器還向ELCU 的P 卡提供其狀態(tài)信息用于監(jiān)控，以起到保護(hù)功能。

圖4 繼電器供電電路到11#擾流板EMCU原理圖

圖5 繼電器與ELCU的P卡和C卡之間電信號(hào)控制原理圖

如果ELCC 故障（不受控或是故障在閉合位），可能引起ELCU 的P 卡的重要保護(hù)功能失效，這遠(yuǎn)比相應(yīng)的系統(tǒng)故障影響更大，其中有些繼電器還有重要構(gòu)型數(shù)據(jù)。

因此，經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析和思考后認(rèn)為，通過(guò)確定同適用性的ELCC 繼電器同機(jī)串件MEL 放行飛機(jī)的這種方法是有問(wèn)題的。如果繼電器故障在斷開(kāi)位，可以連同下游系統(tǒng)一起保留。如果故障在閉合位，下游電路及負(fù)載的監(jiān)控和保護(hù)功能就會(huì)因MEL 保留而失效，一旦遇見(jiàn)過(guò)流過(guò)載等故障時(shí)可能對(duì)飛機(jī)的安全性產(chǎn)生重大影響。

2.3 OEM 的意見(jiàn)

將上述同機(jī)串件以避免AOG 停場(chǎng)的措施，通過(guò)向波音公司發(fā)送SR，來(lái)驗(yàn)證其可行性。

廠家SR 答復(fù)（4-3448422549），如果ELCC 繼電器故障在打開(kāi)位，同機(jī)對(duì)串互換后MEL 放行的方法可行；但如果ELCC 繼電器故障在閉合位，因影響到大負(fù)載電路的監(jiān)控和保護(hù)功能，當(dāng)電路出現(xiàn)過(guò)流等風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，因無(wú)法斷開(kāi)繼電器以達(dá)到保護(hù)作用，所以出于安全性考慮，即使同機(jī)對(duì)串互換，CMCF 還是會(huì)觸發(fā)不可放行的故障信息。

如果同機(jī)對(duì)串互換后，不安裝故障繼電器ELCC，系統(tǒng)指示將視其為故障在斷開(kāi)位，不會(huì)觸發(fā)不可放行故障。雖然波音公司不反對(duì)這種應(yīng)急處理方法（串件后空位，MEL 放行飛機(jī)），但電源面板缺少繼電器并不是一種認(rèn)證構(gòu)型，而且這種情況沒(méi)有經(jīng)過(guò)電氣系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試的驗(yàn)證。

2.4 延展分析

如果不是繼電器本身故障，而是ELCU 的P 卡保護(hù)模塊故障，造成繼電器無(wú)法控制，應(yīng)該以什么方法來(lái)避免AOG 非計(jì)劃停場(chǎng)？

查閱波音公司官網(wǎng)FTD Fleet Team Digest，787-FTD-24-13013（Electrical Load Control Unit Protection ELCU-P Circuit Card Related Maintenance Messages），發(fā)現(xiàn)相關(guān)問(wèn)題的描述：UTAS 公司舊版ELCU 的P 卡相關(guān)電容正常運(yùn)行時(shí)可能超出范圍，原因可能是自然變化的電容設(shè)計(jì)和溫度效應(yīng)。經(jīng)證實(shí)，電容的超限（間歇失效）會(huì)導(dǎo)致ELCU 的P 卡的微控模塊故障，P 卡部分功能失效，從而影響P 卡控制的繼電器故障。但后續(xù)版本件號(hào)的P 卡新增了屏蔽電容，已經(jīng)大大改善了此問(wèn)題。

如果是ELCU 的P 卡故障或是沒(méi)有輸出，可以通過(guò)循環(huán)P 卡電源的方法來(lái)清除故障。如果無(wú)效，可以依據(jù)FTD里所附ELCU 的P 繼電器分配圖，將故障P 卡（其中失效的模塊）對(duì)串到備用分配位置，之后MEL 放行飛機(jī)。每張ELCU 的P 卡里都有6 個(gè)模塊（見(jiàn)圖6），其中有的P 卡會(huì)有1 或2 個(gè)備用余度位置（圖6 中藍(lán)色框），同時(shí)還標(biāo)出了MEL 放行可接受失效的模塊（圖6 中灰色框）。同機(jī)對(duì)串時(shí)優(yōu)先選擇故障模塊對(duì)應(yīng)藍(lán)色的位置，原則上故障模塊換到備用模塊上是不會(huì)觸發(fā)故障信息的，不涉及MEL。以上述故障為例，可以將P200 板 的M4 卡 與P100 板 的M3 卡 對(duì)調(diào)，將P 卡上ELCM 模塊3 上失效的功能與備用位置交換，理論上失效功能交換到備用位置不觸發(fā)任何信息也不需要MEL。如果遇到特殊情況，可再行選擇黃色位置，然后根據(jù)對(duì)串之后的信息，按MEL 放行飛機(jī)。

圖6 ELCU的P繼電器分配圖

上述FTD 中所附的ELCU 的P 繼電器分配圖中標(biāo)注的OC、DC、UC、DP 和GFD 等縮寫(xiě)，在FTD 和相關(guān)手冊(cè)中并未明確解釋，且787-10 構(gòu)型中刪除了相關(guān)縮寫(xiě)標(biāo)注，筆者為此于2022 年1月向波音公司發(fā)送SR（3-5237505711）進(jìn)行詢問(wèn)，得到官方回復(fù)如下：OC 為Over Current；GFD 為Ground Fault Detection；DP 為Differential Protection；UC 為Unbalanced phase Current；DC 為Direct Current Detection。

3 串件工作程序

基于CCAR 121 及CCAR 145 相關(guān)法規(guī)規(guī)章對(duì)航空運(yùn)營(yíng)人及維修單位航線維修活動(dòng)的要求，以Ameco 相關(guān)串件工作程序?yàn)槔M(jìn)行說(shuō)明。

1）因特殊維修需要，進(jìn)行串件前應(yīng)先向生產(chǎn)計(jì)劃部門(mén)及運(yùn)控部門(mén)提交申請(qǐng)（串件單和串件申請(qǐng)單），原則上在批準(zhǔn)后方可執(zhí)行串件工作，緊急情況下同機(jī)串件可口頭請(qǐng)示后補(bǔ)辦手續(xù)。

2）適用性評(píng)估和運(yùn)行評(píng)估，包括部件的件號(hào)、適用性、規(guī)格及特殊構(gòu)型和改裝等信息，串件前后不能影響飛機(jī)的特殊運(yùn)行能力（如ETOPS、二類(lèi)運(yùn)行、高高原、極地運(yùn)行、PBN、ADS-B 等）。影響到特殊運(yùn)行的串件，如非ETOPS件，被安裝到ETOPS 運(yùn)行的飛機(jī)上時(shí)，應(yīng)該以辦理正式故障保留等形式進(jìn)行控制，并標(biāo)注限飛ETOPS 等。航線突發(fā)故障涉及O 項(xiàng)的保留要通知運(yùn)控部門(mén)，待運(yùn)行評(píng)估完成后才可放行飛機(jī)，并及時(shí)錄入系統(tǒng)，臨時(shí)故障保留要及時(shí)轉(zhuǎn)為正式故障保留。

3）拆除及安裝被串件時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)手冊(cè)執(zhí)行拆除、安裝及測(cè)試等步驟。安裝前應(yīng)對(duì)部件進(jìn)行可用性檢查，包括外觀檢查、翻看TLB 有無(wú)記錄相關(guān)部件和系統(tǒng)近日故障等、與串件單件序號(hào)信息是否一致等，并做好相關(guān)串件維修記錄（包括串件單、TLB 和NRC等文件的填寫(xiě)），涉及因串件而導(dǎo)致的飛機(jī)保留信息的變更時(shí)（如凹坑等），應(yīng)重新辦理相關(guān)正式故障保留等文件。

4）完善后的相關(guān)手續(xù)（如串件單等）應(yīng)交由航材AOG（根據(jù)緊急情況和保留期限決定訂料時(shí)間）和附件控制部門(mén)，以便更好地控制飛機(jī)實(shí)裝構(gòu)型、定檢計(jì)劃及后續(xù)CCO 拆下安排等事宜。對(duì)于在基地的被串飛機(jī)，航材部門(mén)和計(jì)劃部門(mén)應(yīng)建立單機(jī)的飛機(jī)缺件清單，并對(duì)器材到貨信息進(jìn)行跟蹤，列出計(jì)劃恢復(fù)日期。被串件飛機(jī)放行前，生產(chǎn)部門(mén)應(yīng)對(duì)飛機(jī)缺件清單進(jìn)行核對(duì)，確保被串件飛機(jī)所有缺件補(bǔ)充到位，方可放行。

4 總結(jié)

通過(guò)串件查看故障是否轉(zhuǎn)移，從而判斷故障是由哪個(gè)部件導(dǎo)致的，這種方法雖然能夠快速找到問(wèn)題根源，但其風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)也很高。

在沒(méi)有根據(jù)SSM 和WDM 等相關(guān)手冊(cè)及專業(yè)知識(shí)分析故障是哪種情況的前提下直接串件，假設(shè)是線路短路的問(wèn)題，很可能在執(zhí)行地面測(cè)試時(shí)又一次將串來(lái)的無(wú)故障部件燒壞，就會(huì)徹底造成AOG 停場(chǎng)。

為此，對(duì)排故思路進(jìn)行如下總結(jié)：

1）排故過(guò)程中對(duì)故障的分析、猜想、延展及討論是非常有必要的，當(dāng)一個(gè)故障帶出多條信息時(shí)，應(yīng)思考這些信息之間的關(guān)聯(lián)性、信息所指示故障部分上下游組件之間的關(guān)系、相鄰系統(tǒng)之間的影響問(wèn)題、多系統(tǒng)之間交聯(lián)部分和共用部分之間的問(wèn)題等。故障排除后更要系統(tǒng)地梳理理論知識(shí)、系統(tǒng)原理及線路圖，分析故障的根源，進(jìn)行延展性思考，如飛機(jī)多余度設(shè)計(jì)中，同機(jī)裝載部件之間的互換性及安全裕度以及故障時(shí)MEL放行的分析等。

2）航線維修時(shí)（外站維護(hù)工作時(shí)）如遇故障，應(yīng)快速準(zhǔn)確地判斷故障源，在安全且合法的前提下，盡量縮短非計(jì)劃停場(chǎng)時(shí)間，提高飛機(jī)利用率。正確合理的使用MEL、DDG、廠家相關(guān)文件及工程技術(shù)評(píng)估單等，對(duì)飛機(jī)故障進(jìn)行合法故障保留放行。如涉及適航安全的間歇故障和保留限制苛刻的故障時(shí)，應(yīng)果斷調(diào)班或換飛機(jī)執(zhí)行航班，絕不容忍沒(méi)有把握的或超限的故障上天。

3）基地維修活動(dòng)（定檢等）時(shí)如遇故障，應(yīng)盡最大努力排除隱蔽性故障和安全隱患，降低故障保留的辦理。

基地和外站遇相同故障時(shí)采取不同的排故思路，才能在保證適航安全的前提下使航空公司經(jīng)濟(jì)效益最大化。