某发电机无法投网问题的探究

王宇，刘国波

某发电机无法投网问题的探究

王宇，刘国波

（中国飞行试验研究院，陕西 西安 710089）

某国产直升机的交流主电源系统采用两台交流发电机供电，在某次地面开车过程中，重复出现接通1号发电机开关进行转电时出现全机断电现象，最终确认故障是由于交流转电时应急泵工作导致1号接触器触点烧蚀粘连引起的。通过分析和结合所测供电系统转电时的波型图进行分析和探究，为同类型的故障排除提供了经验。

发电机；电动泵；交流转电；触点烧蚀

某型直升机是中国自主设计生产的多用途直升机，电源系统采用了较为先进的SSPC（固态功率控制）技术，电源管理控制采用负载管理中心进行管理分配，配电采用正常双路交发不并联供电模式。虽然应急状态可使用APU电源并网或单路供电方式满足机上供电需求，但对于飞行安全及飞行任务会产生严重影响。

1 故障现象

某架机飞行员飞行前按正常程序开车，在接通1号发电机开关时，全机断电，对1号发电机开关多次进行复位操作，1号交流发电机仍然无法投入发电。经排查发现为1号接触器未接通，更换新的交流配电盒，故障消失。随后飞行十余架次后此故障再次出现。

2 电源系统原理简述

某型直升机交流电源电源系统正常工作状态下，1号、2号主交流电源系统向各自的主汇流条单独供电。各负载的接通断开通过负载管理中心控制，并在负载出现过流时负载管理中心自动保护切断负载供电；当1号、2号某个主交流电源系统发生故障时，其交流发电机控制器自动控制断开电网主接触器，故障系统自动隔离。1号、2号交流发电机故障或断开时，如果APU交流发电机处于工作状态时，系统自动将部分交流负载切换至由APU交流发电机；APU发电机通过APU接触器和相连接触器向机上汇流条供电。

接通1号发电机开关，机上APU发电机转1号发电机供电时，相连接触器先断开，APU发电机脱网，1号主接触器再接通，1号发电机投网供电。APU发电机转1号发电机时全机断电，说明转电过程中相连接触器断开，但1号接触器未接通。

3 故障排查及分析

对两次故障的1号接触器进行测量检查，发现两个接触器均在常闭触点接通位置粘连。进行分解检查，该接触器共三组触点，其中一组常闭主触点已经烧蚀粘连，初步判断造成触点烧蚀的原因为常闭触点接通瞬间通过了大电流。

3.1 线路排查

按故障树排查，对机上供电线路相关线路进行了外观检查、导通和绝缘值测量，未发现异常；同时，借助配电盒检测设备对配电盒进行了接线逻辑功能及绝缘值检查，测量数据符合设计要求，排除因线路短路所致大电流烧蚀接触器的影响。

测量接触器驱动线圈输入端电压，测量值为29.2 V，大于接触器最低吸合电压18 V的指标，发电机控制器满足接触器驱动要求。查看飞参数据发现飞行员均是先接通1号交流发电机再接通2号交流发电机，从而可以排除接触器常开端和常闭端带电动作产生电弧的因素。

3.2 大功率感性负载排查

对1号交流汇流条供电的机上交流负载进行分析，只有液压系统的应急电动泵属于大功率电动机类负载。因此，可能为应急泵工作影响交流电源转电，导致1号接触器常闭触点烧蚀粘连，APU发电机供电转1号发电机供电时1号接触器无法正常工作。

当1号接触器接通时，1号发电机通过1号接触器常开触点向1号汇流条供电，从而向应急泵供电；当1号接触器释放时，常开触点断开，常闭触点接通，1号汇流条供电由1号发电机转到2号发电机。根据该接触器性能参数，从常开触点断开到常闭触点接通，整个过程中应急泵会有5 ms断电时间。

应急泵为三相异步电动机负载，额定功率5.5 kVA，额定电流16 A。在上述转电过程中会有5 ms断电时间，在此期间，电动机转子因惯性仍在转动，同时因电动机定转子存在剩磁及磁化电流，仍能形成旋转磁场，此时电动机转变为交流发电机。

通过地面开车时应急泵工作和应急泵不工作两种状态进行检测。从测试数据可看出，当应急泵工作时进行交流转电，转电过程中1号汇流条存在电压缓慢降低，频率接近400 Hz的交流电。应急泵不工作时，交流转电过程中1号汇流条电压波形很快衰减到接近0，同时频率有较大变化。两种状态对比，如图1所示。

图1 应急泵工作与不工作状态电压波形图

当机上1号发电机脱网进入转电过程，1号汇流条断电，应急泵转变为发电机，大约5 ms后，1号接触器完全释放，常闭触点接通，此时，2号发电机与应急泵转变的发电机并联。由于2号发电机输出的交流电频率与应急泵相位不一定同步，常闭触点接通瞬间可能产生很大的电流，使1号接触器常闭触点烧蚀粘连。当进行APU发电机转1号发电机时，因1号接触器无法接通，导致全机断电。

4 改进方案

针对单机发生重复性故障，对同时试飞的同型号其他直升机近一个月的飞参数据检查分析，发现这架机中几乎每次转电时刻时应急泵处于工作状态，而其他几架机未出现此现象。按应急泵的设计技术指标要求，应急泵在启动后工作后3 min内完成APU蓄压器蓄压工作。

因该故障是由于交流转电时应急泵转为发电机引起的，有两种解决思路：改变应急泵特性，使其断电后不转为发电；交流转电前关闭应急泵，转电结束后再接通应急泵。断电后电动机短时发电是电动机固有特性，无法改变。因此，只能考虑采用第二种思路。

在直升机起飞前和着陆后，必须要起动APU，为了给液压系统蓄压器补压，应急电动泵必须工作，而交流电源系统在起动完APU后，也要进行转电操作。所以起飞前和着陆后，交流电源系统转电时应急电动泵处于工作状态的可能性比较大。

空中飞行时，交流主电源系统和左、右液压系统均正常，蓄压器压力正常时，应急电动泵也不会工作。为解决应急电动泵工作影响交流电源系统转电问题，只要更改直升机处于地面时应急电动泵的控制逻辑即可。更改后的控制逻辑：直升机处于地面时，当左、右液压系统压力正常时，在交流电源系统转电前断开应急电动泵电源，在转电结束后再接通应急电动泵电源。

交流电源系统通过应急泵接触器向应急泵供交流电，应急泵接触器线圈正端由负载管理中心供28 V直流电，应急泵接触器线圈负端由左液压系统压力开关或蓄压器压力开关控制。改进后，应急电动泵工作需同时满足下述三个条件时，负载管理中心将断开应急电动泵线圈正端28 V直流电，从而断开应急电动泵：①直升机处于地面；②左、右液压系统压力正常；③交流电源系统进入转电。

交流电源系统将1号、2号主交流发电机开关、1号、2号主接触器、相连接触器状态等信号送至负载管理中心，由负载管理中心判断交流电源系统是否即将进入转电环节，从而控制应急泵三相接触器线圈正端28 V直流电的断开和延时接通，由此来控制转电前断开应急泵，转电结束后延时接通应急泵。

5 分析及总结

由应急电动泵引起电源系统单机发生的重复性故障，虽然存在飞行员操作习惯和保障人员对飞机系统认知不充分的因素，但是故障的排查方法以及改进措施，在今后工作中具有负载管理中心负载管理中心如下借鉴作用：发现重复性故障不盲目定为部件自身故障，结合产品技术数据分析测量产生故障的原因；结合飞参数据，合理利用检测设备对故障件的工作特性及试验机的工作状态进行测试分析；提高飞参数据分析能力，有效梳理飞参数据，合理提升机群飞参数据利用率。

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V242

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.19.048

2095－6835（2019）19－0118－02

〔编辑：严丽琴〕