波音787飛機(jī)自動(dòng)變壓整流組件接觸器（ATRUC）保護(hù)性跳開(kāi)分析

張仁杰 潘鋒達(dá)

摘要：以一起波音787飛機(jī)自動(dòng)變壓整流組件接觸器（ATRUC）保護(hù)性跳開(kāi)的故障為例，分析了波音787飛機(jī)大功率用電部件的供電原理和自動(dòng)變壓整流組件接觸器的跳開(kāi)邏輯，并對(duì)排故方案進(jìn)行了優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)變壓整流組件接觸器；通用馬達(dá)起動(dòng)控制器；客艙空氣壓縮機(jī)；保護(hù)性跳開(kāi)；故障分析

Keywords：ATRUC；CMSC；CAC；protective-trip；failure analysis

1 故障描述

一架波音787飛機(jī)在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后出現(xiàn)多條狀態(tài)信息，涉及氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)（NGS）、液壓泵、客艙空氣壓縮機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)和APU起動(dòng)系統(tǒng)以及電源高壓直流系統(tǒng)等，其中“ELEC HVDC SYS R2”為不允許放行的狀態(tài)信息，飛機(jī)拖回機(jī)位排故。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)R2 ATRUC接觸器跳開(kāi)，閉合該接觸器后，多條狀態(tài)信息消失，飛機(jī)繼續(xù)執(zhí)行航班，但數(shù)天后相同的故障現(xiàn)象再次出現(xiàn)，最終更換右2客艙空氣壓縮機(jī)，故障得以徹底排除。該故障為間歇性出現(xiàn)，且涉及的系統(tǒng)和部件較多，排故工作難度較大。

飛機(jī)出現(xiàn)的相關(guān)狀態(tài)信息頁(yè)面如圖1所示，維護(hù)控制頁(yè)面顯示的R2 ATRUC接觸器跳開(kāi)如圖2所示。

2 波音787高壓直流電源系統(tǒng)工作原理

發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，APU起動(dòng)發(fā)電機(jī)（ASG）和發(fā)動(dòng)機(jī)變頻起動(dòng)發(fā)電機(jī)（VFSG）為飛機(jī)的235V交流匯流條供電，通過(guò)發(fā)電機(jī)控制組件（GCU）控制ATRUC的通斷功能，從而控制通向自動(dòng)變壓整流組件（ATRU）的電流，經(jīng)過(guò)變壓整流后為270V直流匯流條供電，再通過(guò)8個(gè)通用電機(jī)起動(dòng)控制器（CMSC）為下游的大功率用電部件供電，如圖3所示。圖3中藍(lán)框標(biāo)注為本次跳開(kāi)的R2 ATRUC，它為位于P800高壓直流電源面板的R2 ATRU供電。

3 故障分析

CMSC下游的主要用電部件如圖4所示，從圖中的藍(lán)色標(biāo)注可以看出，R2 ATRUC下游有兩個(gè)CMSC和一個(gè)OJMC，兩個(gè)CMSC為右2客艙空氣壓縮機(jī)（CAC R2）、NGS系統(tǒng)、左液壓泵、發(fā)動(dòng)機(jī)變頻起動(dòng)發(fā)電機(jī)右2（VFSG R2）、APU起動(dòng)發(fā)電機(jī)右（ASG R）提供電源，OJMC在一定條件下為燃油泵提供電源。在本案例中，當(dāng)R2 ATRUC跳開(kāi)后，上述用電部件因失去供電也觸發(fā)了狀態(tài)信息，這與當(dāng)時(shí)飛機(jī)狀態(tài)頁(yè)面出現(xiàn)多條信息且涉及多個(gè)系統(tǒng)的現(xiàn)象相吻合。

ATRUC控制邏輯如圖5所示，飛機(jī)接通電源后，ATRUC正常在閉合狀態(tài)。當(dāng)特定情況發(fā)生時(shí)，GCU可驅(qū)動(dòng)ATRUC跳開(kāi)，特定情況有以下三種：

1）GCU接收來(lái)自CMSC的跳開(kāi)指令信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)ATRUC跳開(kāi)；

2）GCU接收來(lái)自BPCU的OPEN/CLOSE ATRUC指令信號(hào)；

3）電源負(fù)載控制組件（ELCU_P）根據(jù)電流互感信號(hào)，在信號(hào)異常時(shí)可給GCU一個(gè)ATRUC保護(hù)性跳開(kāi)的指令。

4 排故過(guò)程

參考波音排故手冊(cè)，對(duì)相關(guān)部件如ATRU、ATRUC、ELCU保護(hù)卡、P800高壓直流電源面板等進(jìn)行檢查和隔離，對(duì)相關(guān)線(xiàn)路進(jìn)行絕緣電阻檢查，未發(fā)現(xiàn)排故手冊(cè)中提及的各部件有燒蝕或故障的情況，也排除了因線(xiàn)路短路造成接觸器跳開(kāi)的可能，即未找到實(shí)質(zhì)性的故障根源。

分析波音787電源系統(tǒng)原理和ATRUC的跳開(kāi)邏輯，對(duì)故障發(fā)生時(shí)的ATRU下游部件的電流參數(shù)進(jìn)行譯碼（見(jiàn)圖6）。分析譯碼數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)R2 CAC CMSC從驅(qū)動(dòng)右沖壓風(fēng)扇（R RAF）的模式向驅(qū)動(dòng)右2客艙空氣壓縮機(jī)（R2 CAC）的工作模式轉(zhuǎn)換后，該CMSC的三相電流值在啟動(dòng)階段有較大的起伏，且輸出不穩(wěn)定，直到R2 ATRUC斷開(kāi)，CMSC也進(jìn)入故障保護(hù)下的STBY模式（見(jiàn)圖7），而同時(shí)段其他CMSC的電流卻輸出平穩(wěn)。由此，初步懷疑是R2 CAC CMSC控制的環(huán)境控制系統(tǒng)（ECS）部件及其邏輯保護(hù)功能出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致ATRUC跳開(kāi)。

根據(jù)譯碼分析結(jié)果，對(duì)R2 CAC CMSC下游部件進(jìn)行針對(duì)性檢查，最終發(fā)現(xiàn)右2客艙空氣壓縮機(jī)（R2 CAC）的轉(zhuǎn)子葉片和機(jī)匣內(nèi)壁相磨（見(jiàn)圖8），測(cè)量CAC轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩已超出手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)，判斷R2 CAC運(yùn)轉(zhuǎn)有卡滯，導(dǎo)致電源負(fù)載劇烈波動(dòng)并產(chǎn)生了瞬時(shí)大負(fù)載，從而導(dǎo)致上游R2 ATRUC保護(hù)性跳開(kāi)。更換R2 CAC后，通過(guò)后續(xù)信息監(jiān)控和譯碼分析證實(shí)故障徹底排除。

5 排故建議

1）在波音787飛機(jī)針對(duì)ATRUC保護(hù)性跳開(kāi)的故障隔離手冊(cè)中，提到的可能故障部件包括ATRU、ATRUC、ELCU保護(hù)卡、P800高壓直流電源面板和P200發(fā)電機(jī)電源面板等，但未提及ATRUC下游的CMSC和CAC等部件，本案例分析從理論和實(shí)踐的角度論證了CMSC及其下游部件故障也可能導(dǎo)致接觸器保護(hù)性跳開(kāi)，可作為排故工作的一項(xiàng)補(bǔ)充措施。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)可以結(jié)合譯碼分析手段，對(duì)下游部件的供電情況進(jìn)行邏輯判斷并進(jìn)行針對(duì)性檢查，以避免誤換件和未徹底排除故障。

2）對(duì)CAC、RAM等使用氣動(dòng)軸承的高轉(zhuǎn)子部件進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，可采用定期目視檢查及測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩等維護(hù)手段，捕捉這類(lèi)部件因轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致的刮邊、轉(zhuǎn)矩增大等性能衰退跡象，在其徹底失效之前進(jìn)行預(yù)防性維修工作，以維護(hù)系統(tǒng)的可靠性，保障航班的正點(diǎn)率。

參考文獻(xiàn)

[1]波音公司. B787故障隔離手冊(cè)FIM[Z].

[2]波音公司. B787飛機(jī)維護(hù)手冊(cè)AMM[Z].

[3]波音公司. B787系統(tǒng)原理圖手冊(cè)SYNO [Z].