飞机变压整流器并联运行供电失衡故障分析

摘要：现代飞机直流电源系统多采用并联运行的多台变压整流器供电，供电可靠性、容量增加的同时也容易带来供电失衡的故障。以某型飞机直流电源系统供电为例，分析系统结构、运行原理、故障现象及原因，提出了改进措施。

Abstract： The parallel multiple transformer rectifiers are used to supply power for the modern aircraft DC power supply system. Its power supply is reliable and the capacity is increase， at the same time， it also brings the power supply imbalance. This paper takes an aircraft DC power supply system as an example to analyze the system structure， operation principle， faults and its causes and put forward the improvement measures.

关键词：变压整流器；并联；均衡性；故障

Key words： varying voltage rectifier；parallel connection；balanced；fault

中图分类号：V242 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）35-0146-02

0 引言

在以交流电源为主电源的飞机供电系统中，变压整流器是直流供电系统的核心设备，承担着为飞机直流用电设备提供直流电能的任务。为保证供电容量和供电可靠性，现代飞机大多采用多台变压整流器并联供电，当某一变压整流器因故障而停止供电时，另一台变压整流器可以继续供电[1]。但是，并联供电也带来新的问题，那就是各电源的输出电流能否相等。如果供电不均衡，就可能使输出电流小的电源的功率不能充分利用，而输出电流大的电源却有烧坏的危险。因此，变压整流器作为飞机供电系统的二次电源设备，具有三台并联运行、两台并联运行等多种工作模式，其性能状态的好坏关系到电源系统的工作可靠性，对飞行安全具有直接影响。

1 故障原理分析

各型飞机直流电源系统的结构、特点、性能指标各有差别，但主要电气设备基本相同。

1.1 某型飞机直流电源系统结构

某型飞机直流电源系统构成如图1所示。该型飞机直流电源是机上二次电源，主要由3台变压整流器、左右直流保护配电装置、供电管理中心PCU（控制整个交、直流供电系统）构成，为飞机直流负载提供额定电压为28.5V的直流电。直流供电系统由“左”和“右”两个独立的通道组成。正常供电时，“左”通道由1号变压整流器供电，“右”通道由2号和3号变压整流器并联供电。每个通道设有主汇流条和应急汇流条，在正常状态下二者互相连接。每个通道的应急汇流条上，各并联连接一组蓄电池。2个蓄电池作为应急电源，在供电系统处于应急状态时，向机上应急负载供电。左、右直流保护配电装置中，设有霍尔传感器，用来感受主馈线中的电流值及电流方向。当主馈线中的正向电流大于10A，正向电流继电器接通；当主馈线中的反向电流达25～40A时，反向电流磁保持继电器动作，断开反流通路。

直流保护配电装置在直流电源系统中承担着关键的作用，它与供电管理中心PCU配套使用，用于控制3组变压整流器与机上直流配电系统之间的接通和断开，并当变压整流器或其馈线发生故障时进行反流保护，同时对机上直流配电系统实施控制和保护，并输出相应的指示信号。

该型飞机自列装部队以来，直流电源系统多次出现变压整流器报警现象。在地面检查过程中，多功能显示器上多次显示“1个整流装置故障”告警现象，地勤人员通过维护监控板（MMP）进行查看故障代码，基本为2号或3号整流装置出现正向电流故障，尤其是3号整流装置出现正向电流故障占较大比例。

1.2 负载均衡分配必须具备的条件

据文献[2]、[3]所知：要实现并联运行的两台变压整流器负载分配均衡（ΔI=0），必须同时具备四个条件[3]：

①两台变压整流器的空载电压相等，即U10=U20；

②两台变压整流器的正线电阻相等，即R+1=R+2；

③两台变压整流器的负线电阻相等，即R-1=R-2；

④两个变压整流器电压调整率相同，即K1=K2。

条件①和④由变压整流器自身参数决定，与外电路无关。条件③、④与外电路有关，R+l、R+2为变压整流器TRU1、TRU2正接线柱到配电板之间的总线路电阻，包括导线电阻、导线连接处的接触电阻、接触器触头的接触电阻等，简称正线电阻；R-l、R-2为变压整流器TRU1、TRU2负接线柱到地之间的线路电阻，它包括导线电阻、导线连接处的接触电阻，简称负线电阻。

仅正线电阻不相等，负载分配有如下特点：

①正线电阻小的变压整流器输出电流大，正线电阻大的变压整流器输出电流小。

②负载为零时，两台变压整流器电流都为零。

③负载增大时，正线电阻小的电流增大得快，而正线电阻大的电流增大得慢。

1.3 常用维护方法

因此，早期维护工作时，当飞机出现“1个整流装置故障”告警后，通过加载方法可使告警信号消失。并且经过查阅故障代码，该告警信号为正向电流故障。通过分析变压整流器的负载均衡性特点，结合故障现象及处理结果可以得出，3个并联工作（应急汇流条连接接触器BTB3接通）的变压整流器运行出现一定的不均衡。轻载时，某一变压整流器输出电流较小，致使正向电流故障继电器未工作（电流小于10A）或断开（电流小于6A），产生“1个整流装置故障”告警信号。

当维护人员接通着陆灯后（相当于负载增加了近80A），由于总负载的提高，使得每一个并联的变压整流器输出电流得以增大，原来输出电流较小的变压整流器告警信号消失。这种方法只是验证了在总负载超过一定值的基础上，并联供电的每一个变压整流器输出电流均能超过10A，而且飞机正常空中飞行过程中负载一般都能达到一定的程度，因此这种检查与判断方法是基本合理的。但是由于该方法没有明确并联供电的均衡程度，因此存在一定的空中故障隐患。

通过接通着陆灯的方法排除并联运行不均衡故障无效，说明此时总负载增加了近80A后，并联运行的均衡性仍然比较差。如果通过地勤人员打磨清洗直流输出端电连接片后故障情况好转，说明故障主要原因为变压整流器正线电阻及负线电阻的不同，尤其是正线电阻过大导致的变压整流器负载不均衡。正线电阻、负线电阻的变化与变压整流器外部电路相关，与直流电源系统的电路保护设备、控制设备等连接电阻有关。

2 故障现象及原因分析

该型飞机变压整流器主要有三类故障现象：

2.1 正向电流故障

在变压整流器输出电流小于6A时，可引起正向直流保护配电装置内电流继电器释放，判断为正向电流故障。主要原因可能有：变压整流器输出馈线断路、变压整流器输入电源断路器断开、外接负载过小不能正常接通正向电流继电器或变压整流器损坏。故障原因如图2所示。

2.2 反向电流故障

在变压整流器出现反向电流达到25～40A时，判断为反向电流故障。主要原因可能有：变压整流器输出馈线短路，变压整流器内部短路，变压整流器内部器件损坏引起输出电压低于电网电压等。

2.3 电压超差故障

当变压整流器输出电压持续低于18V或高于40V时，判断为变压整流器电压超差故障。其主要原因是变压整流器内部故障或输入电压过高或过低。

3 影响变压整流器负载失衡的原因

变压整流器的空载电压和电压调整率这两项指标也直接影响着并联供电的均衡性，这两项指标与变压整流器内部的电磁泄漏程度、变压器原副边是否存在匝间短路、整流管内部损耗、电连接点接触电阻等问题有关。新机电气线路接触电阻一般比较稳定，引发故障的主要原因是变压整流器空载电压及电压调整率的不同导致并联运行失衡。

变压整流器内部含有大功率电力电子器件和变压器组件，在工作过程中产生大量的热量，因此变压整流器内部通过三相异步电动机驱动的风扇进行同步散热，只要变压器一开始工作，风扇随即工作。在长期工作过程中，灰尘会流入变压整流器内部，在某些部位表面形成一定的灰尘积累，这对内部器件的散热是很不利的。同时如果空气潮湿也会引起绝缘下降、短路等危害，从而引起变压整流器的空载电压和电压调整率发生变化，导致并联运行的变压整流器发生均衡性故障。

4 结束语

飞机上座舱仪表中的直流电压表用于检测左、右直流主汇流条的电压值，但是缺少直流电流表检测变压整流器的输出电流，不能帮助维护人员进行并联供电均衡性检测。在目前的维护工作中，对于并联供电均衡性的判断是非常重要的，这体现在两个方面：一是日常检查工作中，不能通过量化的检测进行合理的判断；二是在换件后或者维修后，不能通过电流检测来验证工作的质量以及并联供电的均衡，来保证空中的供电安全。因此，建议配套专用的为检测设备，能够同时检测并联变压整流器的输出电流，并实现电流波形的全程显示，便于均衡判断以及故障分析。

参考文献：

[1]严东超.飞机供电系统[M].北京：国防工业出版社，2010.

[2]战祥新，郝世勇，司剑飞.某型航空变压整流器并联运行负载均衡性研究[J].电子设计工程，2016（8）：168-173.

[3]郝世勇，战祥新.飞机变压整流器并联运行均衡性研究[J].电子设计工程，2016（9）：163-165.