某型機主電源系統(tǒng)故障淺析

■ 樊綱旗 王凱 /航空工業(yè)西安飛機工業(yè)（集團）有限責(zé)任公司

在某型機地面通電檢查過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)飛機在地面開車，交流發(fā)電機達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后投入變壓整流器或者泵類負(fù)載時，飛機左側(cè)發(fā)電機退網(wǎng)。檢查電源參數(shù)控制器，顯示左側(cè)電源主通道切斷，發(fā)電機轉(zhuǎn)速降為零，據(jù)此初步判斷是由于飛機左側(cè)發(fā)電通道故障引起的電機帶載后退網(wǎng)。

1 故障分析

根據(jù)飛機主電源組成及工作原理，梳理出能導(dǎo)致電機帶載后退網(wǎng)的故障樹，如圖1所示。

故障樹中引起該故障的模式有三種：A負(fù)載故障，B發(fā)電機及其控制器故障，C交流主接觸器故障。引起A故障的模式有兩種：X1負(fù)載短路，X2負(fù)載過流；引起B(yǎng)故障的模式有三種：X3控制器故障，D發(fā)電機故障，X4電機-控制器連接配合故障。其中，發(fā)電機故障模式也有三種：X5電機內(nèi)部短路故障，X6電機內(nèi)部過流保護，X7電機差動保護。

2 故障檢查與定位

為定位故障，將故障側(cè)發(fā)電機與機上另一臺同型號發(fā)電機互換位置后再進行開車試驗，帶載后故障復(fù)現(xiàn)，據(jù)此可以排除故障模式A、C和X3，且能夠初步判斷是因電機故障引起發(fā)電機帶載后立即退網(wǎng)。

為進一步查明故障，將疑似故障的發(fā)電機和控制器退回試驗室進行通電檢查。首先按照某型交流發(fā)電機試驗說明書進行空載/滿載等性能測試，測試結(jié)果滿足試驗要求，產(chǎn)品能夠正常發(fā)電及帶載，由此可以排除故障模式X4、X5和X6，將故障原因鎖定在差動保護上。

經(jīng)查閱飛機原理圖及相關(guān)資料，可得到飛機所裝三相交流電機差動保護電路圖，如圖2所示。

圖中電流互感器CT1位于交流發(fā)電機內(nèi)部，感應(yīng)交流發(fā)電機三相輸出電流，電流互感器CT2裝在飛機主饋線上，感應(yīng)飛機負(fù)載電流，電流互感器CT1、CT2性能基本一致，并同相反接；正常情況下，由于6組電流互感器線圈相同且逆向反接，只有很小的電流流過P1繼電器（位于控制保護器內(nèi)部)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于保護整定值，因此不會觸發(fā)差動保護。

圖1 飛機主電源帶載退網(wǎng)故障樹

圖2 三相交流發(fā)電機差動保護電路圖

當(dāng)發(fā)生故障時（如在圖中K處短路)，則短路點右側(cè)電流互感器原邊無電流流過，此時差動保護電路感受到遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于整定值的二次電流，差動繼電器P1動作，從而斷開飛機上的主交流接觸器，應(yīng)急斷開發(fā)電機。

為驗證以上分析正確與否，從設(shè)計部門協(xié)調(diào)到一臺工藝發(fā)電機用于比對試驗。通過示波器檢查發(fā)電機輸出相序，發(fā)現(xiàn)兩臺交流發(fā)電機三相輸出相序正常；而后分別檢查交流發(fā)電機電流互感器的輸出相序及其與電壓的相移關(guān)系，通過示波器采集發(fā)電機電壓-電流互感器電壓波形，經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)故障電機與工藝電機波形存在差異。

試驗采用雙蹤示波器，一路檢測電機輸出電壓波形，另一路檢測互感器輸出電壓波形，具體波形如圖3、圖4所示。

圖中A為三相交流發(fā)電機輸出A相電壓波形，“a”“b”“c”是交流發(fā)電機互感器輸出三相電流信號。經(jīng)過多次比對試驗確認(rèn)，故障電機電流互感器輸出每一相均比正常電機超前120°，由此可以確定電機內(nèi)部電流互感器輸出端子相位連接錯誤。為進一步確認(rèn)故障，在試驗室仔細(xì)檢查電流互感器接線方式，發(fā)現(xiàn)工藝電機電流互感器的連接方式和故障電機的連接方式相異，具體見表1。

由表1可見，故障電機電流互感器三相逆序，導(dǎo)致在電機帶載時差動保護電路同相電流的矢量和不為零，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于整定值，由此觸發(fā)了差動保護，控制保護器中的差動繼電器P1動作，從而斷開飛機上的主交流接觸器，應(yīng)急斷開發(fā)電機，這也與機上電源參數(shù)采集器所報故障一致。

圖3 工藝電機測試波形示意圖

圖4 故障電機測試波形示意圖

3 結(jié)論

綜上，由于發(fā)電機電流互感器三相相位連接錯誤，導(dǎo)致在電機帶載時觸發(fā)差動保護，切斷了本側(cè)電機。而在該電機的裝機前測試過程中，由于實驗室并未設(shè)置圖1所示機上電網(wǎng)中CT2電流互感器部分，且控制保護器也未接入發(fā)電機與調(diào)壓器試驗中，故無法檢測到電流互感器相序正確與否。

針對此種情況，制定了兩方面措施進行管控：一是通知廠家，待故障發(fā)電機返廠后對故障發(fā)電機進行檢測，要求廠家加強對該項功能的出廠檢查和質(zhì)量監(jiān)控，從源頭杜絕故障；二是對實驗室進行改造，增加電機內(nèi)互感器相序檢查功能，測試發(fā)電機輸出電壓與互感器輸出電流間相位關(guān)系，實現(xiàn)對此類故障的裝機前檢測和隔離，杜絕類似故障再次發(fā)生。

表1 電流互感器三相對應(yīng)關(guān)系表

[1]劉海港, 董芷岑. 航空發(fā)電機綜合故障診斷技術(shù)研究[J]. 電子測量技術(shù),2014, 37(3):125-127.

[2]唐芳軒. 電流互感器故障使發(fā)電機差動保護動作分析[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2004, 32(1):63-64.

[3]劉國起. 發(fā)電機差動保護回路兩點接地引起差動保護誤動作的原因分析[J]. 電工技術(shù),2000(5):59.

[4]董恩生, 董永貴, 賈惠波. 飛機交流發(fā)電機異常檢測方法的研究[C]// 全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議. 2004:153-154.

[5]毛帥. 航空交流起動/發(fā)電機起動控制系統(tǒng)研究[D].西安：西北工業(yè)大學(xué), 2015.