浅谈波音787高压直流汇流条掉电故障

摘要：波音787飞机高压直流电源（HVDC）分配系统中公共马达控制器（CMSC）故障多发，常引起上游自耦变压整流器（ATRU）自动跳开，同时伴随多条状态信息出现，影响飞机放行。本文就最常见的由CMSC导致的高压直流汇流条掉电情况进行分析，详细介绍了故障源判断方法，并给出了相应的解决方案。此外还对该故障的航线保留处理最佳实践进行了探讨，以缩短因故障保留造成的航班延误时间。

关键词：高压直流电源；公共马达控制器；自耦变压整流器

Keywords：high voltage DC；common motor start controllers；autotransformer rectifier

0 引言

波音787飞机是波音公司当今最先进的机型，被称作梦想飞机，除了采用大量复合材料外，787飞机的空调系统、冷却系统和电器系统与传统机型有很大不同，其中一个重要改变就是电器设备在更多系统的应用，传统机型中诸如发动机引气源、空调、液压刹车等均由电气设备来代替。因此，对于787飞机来说，24章电源系统的维护受到格外关注，地面维护人员的技术理念也应适应此变化。

1 系統介绍

787飞机有一个专用的高压直流电源分配系统（HVDC），安装在后电子设备（EE）舱电源面板内部。HVDC给马达控制器（MC）供电，电源来自主235V交流AC分配系统、APU电瓶、后外地面电源插座等高压供电设备，由电源冷却系统（PECS）冷却。

图1所示为HVDC系统电路示意图，4个自耦变压整流器（ATRU）左一（L1）、左二（L2）、右一（R1）、右二（R2）分别连接4个高压直流汇流条，ATRU将HVDC总线的三相、变频235V交流电转换为±270V直流电，为下游部件供电。每个高压直流汇流条下游有3个MC，典型的如L1的连接有左一电动马达驱动泵公共马达控制器（L1 EMP CMSC）、左一客舱空气压缩机公共马达控制器（L1 CAC CMSC）和冲压风扇马达控制器（RFMC）。

每个CMSC的功能并不一定单一，在特定的工作条件下可执行相关的特定功能，CMSC通常将±270V直流电压用于连接马达的运行。CMSC马达的输出和频率控制马达的转矩和转速，得到选择的相关功能系统所需要的数据。例如，图1中L1 CAC CMSC提供4路电源，分别是左一客舱空气压缩机（CAC L1）、左一发动机起动电源（ENG STRT POWER L1）、左侧APU起动电源（APU STRT POWER L）以及左侧冲压风扇（RAM FAN L）。

HDVC的主要部件安装在P700/ E5 RACK设备架和P800/E6 RACK设备架上。E5和E6设备架分别包含4个CMSC。CMSC在设备架上的安装位置决定了CMSC的名称和具有的功能（CMSC的件号如果一致，就可以互换）。

2 典型故障现象

某航空公司一架787-9飞机在发动机启动后出现右液压需求泵故障（HYD PUMP DEM R）信息，该信息为NO GO信息（不可放行），飞机滑回。图2、图3、图4分别反映了当时驾驶舱的故障现象。

图2的“状态页面”显示有多个CMSC的功能状态信息。根据图5所示，L2 ATRU下游三个MC的相应状态信息都在驾驶舱的状态页面上跳出，表明左二客舱空气压缩机公共马达控制器（L2 CAC CMSC）、超控抛油泵马达控制器（OJMC）、左二液压泵公共马达控制器（L2 EMP CMSC）三个部件都不工作。从图3的“电源维护页面”中得知，L2 CAC CMSC、L2 EMP CMSC输出功率为0，并且左二270V高压直流汇流条（270 DC BUS）不工作（OFF）。最后，通过图4的“电源系统显示控制页面（ESIC）”确认，是左二自耦变压整流器接触器（L2 ATRUC）断开造成的这种现象。

3 故障原因分析

结合故障信息显示和对HVDC系统功能的分析，对故障的可能原因进行初步判断。

1）如图5所示，在发电机控制组件（GCU）、ATRU、CMSC之间有一条相互串联的地线，如果接地功能因故障断开，GCU就会断开自耦变压整流器接触器（ATRUC），无法向ATRU供电。

2）在上述故障模式下，如果一个CMSC内部发生故障，可能触发地线故障，将导致上游的高压直流汇流条电压不稳，从而跳开对应的L2 ATRUC，使相应的高压直流汇流条断电。L2 ATRU断电将引起下游包括CMSC和OJMC在内的所有部件不工作，最终触发多个部件的故障状态信息和提示信息。这就是解释了单个CMSC故障也会引起多个原本正常的MC功能失效的原因。接下来，需要从L2 ATRU下游三个断电的MC尤其是CMSC中逐一判断是哪个部件的故障触发了地线断路，从而导致上游ATRUC的断电。

4 故障源的判断与排除

首先恢复L2 ATRUC跳开关，进行相关CMSC系统测试。

由于初步判断L2 CAC CMSC疑似故障，因此，交换安装L2 CAC CMSC（疑似故障）和L1 EMP CMSC（完好件）。发现故障转移，如图6、图7所示。系统显示L1 EMP CMSC故障，串件前原本闭合状态的L1 ATRU受故障CMSC影响而断开，由此确定L2 CAC CMSC为故障件。复位后拆下并更换故障件L2 CAC CMSC，执行测试，故障消失。

5 HVDC系统掉电排故总结

5.1 XX HVDC BUS汇流条间歇性故障

进入ESIC页面，循环复位XX ATRUC接触器的跳开关。

ATRUC-L1：CK2435501 ATRUCL2：CK2435502；

ATRUC-R1：CK2435503 ATRUCR2：CK2435504；

如果故障信息消失，应长时间通电观察。

5.2 MC组件失效故障

1）断开/重置跳开关法：分别断开XX ATRUC下游2～3个组件的跳开关（每次断开一个组件的跳开关，然后重置一次ATRUC接触器），当断开某一组件的跳开关后ATRUC接觸器跳开关可以闭合，即证明该组件故障。

2）对串CMSC/RFMC隔离法：采用上述案例的排故方法，循环复位XX ATRUC接触器的跳开关，如果故障信息未消除，则无法判断故障CMSC/ RFMC，需根据状态信息初步判断出最有可能发生故障的CMSC/RFMC，然后对串CMSC/RFMC进行判断。左右对串P700板和P800板上相应的部件，如果故障随部件转移，则说明被串的CMSC/ RFMC为故障件，可采取更换故障件或进行保留的措施。

5.3 RFMC短路或断路故障

与CMSC故障的判断一样，RFMC短路或断路故障可先根据维护信息的触发时间来判断具体是哪个部件发生了故障。RFMC的短路或断路会产生多种故障模式，当维护信息无法判断时，可以优先考虑更换RFMC。

6 快速处理外站故障保留放行的探讨

外站飞机维护人员应具备清晰的排故思路及时间意识。尤其在判断故障源时，应通过总结上述方法快速判断出故障源，再对现场的工作条件及航站维修能力进行整体评估，以做出最有利于航班运行与兼顾飞行安全的决定。必须了解最低设备清单（MEL）对各CMSC的放行条件。根据MEL的要求，L2/R2 EMP CMSC不允许失效保留放行；L1/ R1 EMP CMSC和L/R RFMC只可以安装失效放行工具保留放行（M项）；4个CAC CMSC均可被“失效”，仅需断开跳开关或在极低可能性出现部件短路情况下，安装失效放行工具放行（M项）。根据重要程度和M项工作量，建议优先选择4个CAC CMSC作为备用串件源。

当飞机在外站短停时遇到L2/R2 EMP CMSC故障信息（不能放行），在隔离出故障组件后可能因为航材备件短缺和时间紧迫，为了最大限度地避免航班延误，可以采取互串CMSC的方法解决。将故障CMSC串至其他允许失效放行并且M项工作量最少的位置，如串至4个CAC CMSC设备架上，待执行航班后回基地彻底排除，确保L2/R2 EMP CMSC在正常工作的前提下，失效的CAC CMSC空调在“降级”工作条件下仍可保证飞机正常运行的用电需求。

7 结束语

本文针对波音787飞机日常维护过程中高压直流汇流条多次掉电故障进行了分析，从系统功能上分析了故障成因；从平时的维护实践方面探讨了判断故障源的工作方法；从飞机维护操作上给出一些快速故障保留放行的技术建议。希望能为从事787飞机维护的同仁提供有价值的参考。

波音公司发布了升级到BP4.0的CMSC软件，该升级增强了CMSC的自判断逻辑，解决了因某个CMSC故障而频繁断开ATRUC的问题，HVDC系统的可靠性得到了较大提升，提高了飞机的运行可靠性。

参考文献

[1] Boeing. SDS DMC-B787-A-24-15-00-01A-042A-A [Z].

[2] Boeing. SDS DMC-B787-A-24-35-00-00A-042A-A [Z].

[3] Boeing. AMM DMC-B787-A-24-15-02-00A-520A/720A-A [Z].

[4] Boeing. AMM DMC-B787-A-24-35-00-00A-520A/720A-A [Z].

作者简介

梅伯浩，技术员，现从事波音787飞机的航线维修工作。