波音787飞机自动变压整流组件接触器（ATRUC）保护性跳开分析

张仁杰 潘锋达

摘要：以一起波音787飞机自动变压整流组件接触器（ATRUC）保护性跳开的故障为例，分析了波音787飞机大功率用电部件的供电原理和自动变压整流组件接触器的跳开逻辑，并对排故方案进行了优化。

关键词：自动变压整流组件接触器；通用马达起动控制器；客舱空气压缩机；保护性跳开；故障分析

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

1 故障描述

一架波音787飞机在启动发动机后出现多条状态信息，涉及氮气发生系统（NGS）、液压泵、客舱空气压缩机、发动机和APU起动系统以及电源高压直流系统等，其中“ELEC HVDC SYS R2”为不允许放行的状态信息，飞机拖回机位排故。进一步检查发现R2 ATRUC接触器跳开，闭合该接触器后，多条状态信息消失，飞机继续执行航班，但数天后相同的故障现象再次出现，最终更换右2客舱空气压缩机，故障得以彻底排除。该故障为间歇性出现，且涉及的系统和部件较多，排故工作难度较大。

飞机出现的相关状态信息页面如图1所示，維护控制页面显示的R2 ATRUC接触器跳开如图2所示。

2 波音787高压直流电源系统工作原理

发动机工作时，APU起动发电机（ASG）和发动机变频起动发电机（VFSG）为飞机的235V交流汇流条供电，通过发电机控制组件（GCU）控制ATRUC的通断功能，从而控制通向自动变压整流组件（ATRU）的电流，经过变压整流后为270V直流汇流条供电，再通过8个通用电机起动控制器（CMSC）为下游的大功率用电部件供电，如图3所示。图3中蓝框标注为本次跳开的R2 ATRUC，它为位于P800高压直流电源面板的R2 ATRU供电。

3 故障分析

CMSC下游的主要用电部件如图4所示，从图中的蓝色标注可以看出，R2 ATRUC下游有两个CMSC和一个OJMC，两个CMSC为右2客舱空气压缩机（CAC R2）、NGS系统、左液压泵、发动机变频起动发电机右2（VFSG R2）、APU起动发电机右（ASG R）提供电源，OJMC在一定条件下为燃油泵提供电源。在本案例中，当R2 ATRUC跳开后，上述用电部件因失去供电也触发了状态信息，这与当时飞机状态页面出现多条信息且涉及多个系统的现象相吻合。

ATRUC控制逻辑如图5所示，飞机接通电源后，ATRUC正常在闭合状态。当特定情况发生时，GCU可驱动ATRUC跳开，特定情况有以下三种：

1）GCU接收来自CMSC的跳开指令信号，可驱动ATRUC跳开；

2）GCU接收来自BPCU的OPEN/CLOSE ATRUC指令信号；

3）电源负载控制组件（ELCU_P）根据电流互感信号，在信号异常时可给GCU一个ATRUC保护性跳开的指令。

4 排故过程

参考波音排故手册，对相关部件如ATRU、ATRUC、ELCU保护卡、P800高压直流电源面板等进行检查和隔离，对相关线路进行绝缘电阻检查，未发现排故手册中提及的各部件有烧蚀或故障的情况，也排除了因线路短路造成接触器跳开的可能，即未找到实质性的故障根源。

分析波音787电源系统原理和ATRUC的跳开逻辑，对故障发生时的ATRU下游部件的电流参数进行译码（见图6）。分析译码数据，发现当R2 CAC CMSC从驱动右冲压风扇（R RAF）的模式向驱动右2客舱空气压缩机（R2 CAC）的工作模式转换后，该CMSC的三相电流值在启动阶段有较大的起伏，且输出不稳定，直到R2 ATRUC断开，CMSC也进入故障保护下的STBY模式（见图7），而同时段其他CMSC的电流却输出平稳。由此，初步怀疑是R2 CAC CMSC控制的环境控制系统（ECS）部件及其逻辑保护功能出现问题，导致ATRUC跳开。

根据译码分析结果，对R2 CAC CMSC下游部件进行针对性检查，最终发现右2客舱空气压缩机（R2 CAC）的转子叶片和机匣内壁相磨（见图8），测量CAC转子的转动力矩已超出手册标准，判断R2 CAC运转有卡滞，导致电源负载剧烈波动并产生了瞬时大负载，从而导致上游R2 ATRUC保护性跳开。更换R2 CAC后，通过后续信息监控和译码分析证实故障彻底排除。

5 排故建议

1）在波音787飞机针对ATRUC保护性跳开的故障隔离手册中，提到的可能故障部件包括ATRU、ATRUC、ELCU保护卡、P800高压直流电源面板和P200发电机电源面板等，但未提及ATRUC下游的CMSC和CAC等部件，本案例分析从理论和实践的角度论证了CMSC及其下游部件故障也可能导致接触器保护性跳开，可作为排故工作的一项补充措施。当出现故障时可以结合译码分析手段，对下游部件的供电情况进行逻辑判断并进行针对性检查，以避免误换件和未彻底排除故障。

2）对CAC、RAM等使用气动轴承的高转子部件进行状态监控，可采用定期目视检查及测量转子转矩等维护手段，捕捉这类部件因转轴偏转导致的刮边、转矩增大等性能衰退迹象，在其彻底失效之前进行预防性维修工作，以维护系统的可靠性，保障航班的正点率。

参考文献

[1]波音公司. B787故障隔离手册FIM[Z].

[2]波音公司. B787飞机维护手册AMM[Z].

[3]波音公司. B787系统原理图手册SYNO [Z].