航空地面電源標準的對比研究

任仁良 強喜龍

（中國民航大學，天津 300300）

飛機停在停機坪進行航線維護、清潔、加油、裝卸貨物和起動時，一般由地面電源供電。地面電源分為直流電源和交流電源，以直流電作為主電源的小型飛機使用直流電源，以交流電作為主電源的大型飛機使用交流電源。

通常可以通過兩種方法獲得地面電源，一種是用地面柴油發(fā)電機產生飛機所需要的電能，俗稱電源車；另一種是將地面220/380V、50Hz的工頻交流電通過變壓整流器整流成28V直流，為飛機提供直流電源，或者通過逆變器變成115/200V、400Hz的交流電。由于電源車在使用過程中存在噪聲大、污染重、使用和維護成本高等缺點，在民航已很少采用[6]。

如果使用性能不佳的地面電源向飛機供電，可能會導致飛機的用電設備性能下降甚至損壞，從而產生安全隱患。各國采用的航空地面電源標準有些差別，國外采用的標準有MIL-704E、BS 2G 219等，而國內主要采用的航空地面電源標準主要有：ISO 6858 Aircraft—Ground Support Electrical Supplies—General Requirements（國際標準），MH/ T6018《地面靜態(tài)電源》Ground solid—State Power（民航標準），MH/T6019《飛機地面電源機組》Aircraft Ground Support Power Units（民航標準），GJB 572A-2006《飛機外部電源供電特性及一般要求》（以下簡稱GJB 572A）Electrical Power Characteristics and General Requirements for External Electrical Power Source of Aircraft（軍用標準）。這幾種標準在一些參數要求方面存在較大差異，這就為航空地面電源的檢測帶來了很大的困擾。通過對上述標準的比較分析，指出了民航標準存在的問題，提出了對民航地面電源測試應遵循的原則，為航空地面電源尤其是民航地面電源的制造和檢測提供參考。

1 對地面交流電源的要求

1.1 對地面交流電源電壓波形的要求

航空地面電源標準對交流電源電壓波形的要求如表1所示。

通過對比可以看出，GJB 572A對于波峰系數的要求比ISO 6858、MH/T6018和MH/T6019更加嚴格；ISO 6858、MH/T6018和MH/T6019采用總諧波含量和單次諧波含量作為衡量電壓波形的標準，而GJB 572A采用畸變系數作為衡量電壓波形的標準。總諧波含量和畸變系數在表達式上是一致的，但受負載性質、發(fā)電機結構以及其他因素的影響，特別是電力電子設備的非線性負載特性以及交流電壓調制、頻率調制等因素的影響，實際的交流畸變電壓中不僅包括基波整數倍次的諧波分量，而且還包括非整數倍次的非諧波分量。一般把頻率大于基波頻率的分量稱為間歇波，把頻率小于基波頻率的分量稱為次諧波。因此，采用諧波含量分析方法所得的結果無法反映實際的電壓成分特性，采用畸變系數更為合理，同時還可以看出GJB 572A對于電壓波形畸變的要求更為嚴格；半波整流和大量電力電子設備的使用給飛機交流電網帶來了直流分量污染，該分量可能會影響用電設備的正常工作，因此GJB 572A對這一參數進行了限制。ISO 6858對偏離系數進行了限制，但一般諧波含量或畸變系數已經基本包含了對偏離系數的要求，通過計算也可以得到，只要滿足諧波含量的要求就不會超出偏離系數規(guī)定的范圍，因此在新的航空機載電源標準ISO1540：2006 Aerospace-Characteristics of aircraft electrical systems和軍用機載電源標準GJB 181A–2003中都取消了這一參數[7-8]。

表1 航空地面電源標準對交流電源電壓波形的要求

1.2 對地面交流電源穩(wěn)態(tài)特性的要求

航空地面電源標準對交流電源穩(wěn)態(tài)特性的要求如表2所示。

表2 航空地面電源標準對交流電源穩(wěn)態(tài)特性的要求

通過對比可以看出，GJB 572A 對于穩(wěn)態(tài)電壓的要求比ISO 6858、MH/T6018和MH/T6019更加嚴格；而MH/T6018規(guī)定的穩(wěn)態(tài)頻率范圍存在明顯不合理的地方，國際機載電源標準ISO 1540：2006規(guī)定的機載電源頻率范圍為正常情況下（390～410）Hz，不正常情況下（360～440）Hz，應急情況下（360～440）Hz。由此可見，機載用電設備正常情況下完全可以承受（390～410）Hz的頻率變化范圍，因此，將地面電源的頻率變化范圍限制在±0.4Hz內是沒有必要的，也是幾乎不可能的，另外強行規(guī)定地面電源的頻率精度達到千分之一標準將大大增加地面電源的制造難度和制造成本。航空地面電源標準對交流電源穩(wěn)態(tài)特性測試方法的要求如表3所示。

表3 航空地面電源標準對交流電源穩(wěn)態(tài)特性測試方法的要求

通過比較可以看出MH/T6018和MH/T6019在測試方法方面做出了具體規(guī)定而ISO 6858和GJB 572A沒有對測試方法做出規(guī)定。測試方法的隨意性可能會帶來測試結果的多值性和不確定性，從而給產品性能指標的判定帶來困難。

ISO 6858、MH/T6018和MH/T6019規(guī)定的測試條件為包括空載到額定負載，功率因數由0.8滯后到1.0的任一平衡負載和不平衡負載條件下，在插頭處進行測試。GJB 572A規(guī)定的測試條件為由空載至額定電流，功率因數由0.75滯后到0.95超前的任一平衡負載及不平衡負載在插頭處進行測試。當用電設備為很大的容性負載時，可能會引起地面同步發(fā)電機的自激現象。當自激發(fā)生時，同步發(fā)電機的電流會自發(fā)地單調上升，以至于發(fā)電機無法對輸出電壓進行調節(jié)，會產生與發(fā)電機的勵磁電流不相稱的過電壓，可能會造成過壓保護動作或用電設備損壞。

1.3 對地面交流電源暫態(tài)特性的要求

航空地面電源標準對交流電源暫態(tài)特性的要求及分析如表4、圖1和圖2所示。

通過比較可以看出，ISO 6858和MH/T6019的測試方法是相同的，而MH/T6018和GJB 572A的測試方法是不同的。從測試方法上講，由空載進行加載/卸載的測試方法要比在有一定負載基礎上再進行加載/卸載的測試方法更加嚴格，由空載進行突加負載可能產生更大的暫態(tài)浪涌電壓及尖峰電壓。此外，GJB 572A要求同時對感性負載和容性負載進行測試，由此可知GJB 572A對交流暫態(tài)電壓測試方法的要求最嚴格。同時還可以看出，GJB 572A可以允許的瞬時最大（小）電壓為150（85）V，比另外3個標準要求的140（90）V要有所放寬，但是GJB 572A對暫態(tài)過渡過程的要求為0.08 s，比另外3個標準的要求有所提高。

2 對地面直流電源的要求

2.1 對地面直流電源穩(wěn)態(tài)特性的要求

航空地面電源標準對直流電源穩(wěn)態(tài)特性的要求如表5所示。

通過對比可以看出GJB 572A對直流電源的電壓和脈動的要求比另外3個標準更加嚴格，另外GJB 572A還增加了對畸變系數的要求。

2.2 對地面直流電源暫態(tài)特性的要求

航空地面電源標準對直流電源暫態(tài)特性的要求及分析如表6、圖3和圖4所示。

MH/T6018和MH/T6019對直流暫態(tài)電壓的測試方法和要求與ISO 6858的規(guī)定相同，只是經過加載和卸載暫態(tài)過程后回到穩(wěn)態(tài)的范圍不同，為26～30V。通過對比可以看出GJB 572A可以允許的瞬時最大（小）電壓為40（20）V，比另外3個標準要求要有所放松，但是GJB 572A對暫態(tài)過渡過程的要求為0.08s，比另外3個標準的要求有所提高。此外，GJB 572A對最終穩(wěn)態(tài)電壓的要求也比另外3個標準更加嚴格。

表4 航空地面電源標準對交流電源暫態(tài)特性的要求

圖1 ISO 6858、MH/T6018和MH/T6019規(guī)定的交流暫態(tài)電壓極限范圍

圖2 GJB 572A規(guī)定的交流暫態(tài)電壓極限范圍

表5 航空地面電源標準對直流電源穩(wěn)態(tài)特性的要求

表6 航空地面電源標準對直流電源暫態(tài)特性的要求

圖3 ISO 6858規(guī)定的直流暫態(tài)電壓范圍

圖4 GJB 572A規(guī)定的直流暫態(tài)電壓范圍

3 對保護裝置的要求

3.1 對交流系統(tǒng)保護的要求

對航空地面電源交流系統(tǒng)保護的要求及分析見表7、圖5和圖6所示。

通過比較可以看出，4個標準規(guī)定的過壓保護均具有反延時特性，但是ISO 6858規(guī)定的過壓保護動作電壓為132V， MH/T6018和MH/T6019規(guī)定的過壓保護動作電壓為126V，GJB 572A規(guī)定的過壓保護動作電壓為125V，由此可知GJB 572A對過壓保護的要求更為嚴格。4個標準規(guī)定的欠壓保護均采用固定延時，但是ISO 6858、 MH/T6018和MH/ T6019規(guī)定的欠壓保護動作電壓為102V，GJB 572A規(guī)定的過壓保護動作電壓為105V，由此可知GJB 572A對欠壓保護的要求更為嚴格。ISO 6858還規(guī)定出現小于70V的嚴重欠壓時，立即斷開供電，可以防止電子設備的不正常工作以及誤操作。MH/T6018沒有對過頻、欠頻和相序保護做出相關規(guī)定。

3.2 對直流系統(tǒng)保護的要求

對航空地面電源直流系統(tǒng)保護的要求及分析見表8、圖7所示。

通過比較可以看出，4個標準對于直流保護的規(guī)定大體是一致的，與交流過壓和欠壓保護類似，GJB 572A對直流過壓保護和欠壓保護的要求也更加嚴格。另外ISO 6858和 MH/T6019對反流保護做出了更嚴格的規(guī)定，禁止在任何情況下用飛機電氣系統(tǒng)給地面設備供電。

4 結論

圖5 GJB572A規(guī)定的交流電壓過壓和欠壓跳閘區(qū)域

圖6 GJB 572A規(guī)定的交流電壓過頻和欠頻跳閘區(qū)域

表7 對航空地面電源交流系統(tǒng)保護的要求

表8 對航空地面電源直流系統(tǒng)保護的要求

圖7 GJB 572A規(guī)定的直流電壓過壓和欠壓跳閘區(qū)域

國內外地面電源標準在參數范圍和測試方法的規(guī)定上存在較大差異，給地面電源的制造和檢測帶來了很多不確定性。國際地面電源標準和軍用標準大都沒有給出對參數測量的具體測試方法，而國內民航標準給出了具體的測試方法，因此具有更好的可操作性。

對民用航空器來說，地面電源必須優(yōu)先滿足國際標準地面電源標準，同時滿足國內民航標準，因為在地面時要給在我國機場降落的所有飛機供電。在對國內制造的地面靜態(tài)電源進行檢測時，除頻率外（MH/T6018對頻率的要求有誤），測試標準和要求應同時滿足ISO6858和MH/T6018，具體檢測項目以要求高的標準為依據。

[1] ISO 6858: 1982. Aircraft—Ground support electrical supplies—General requirements [S].

[2] MH/T6018:1999. 地面靜態(tài)電源[S].

[3] MH/T6019:1999. 飛機地面電源機組[S].

[4] GJB 572A:2006. 飛機外部電源供電特性及一般要求[S].

[5] ISO 1540:2006. Aerospace—Characteristics of aircraft electrical system [S].

[6] 任仁良，張鐵純.渦輪發(fā)動機飛機結構與系統(tǒng)（ME-TA）下冊[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2006:372-373 .

[7] 羅國華.交流電壓波形的偏離系數及其測定[J].現代機械.1988，12:11-13.

[8] 雷濤.飛機供電系統(tǒng)參數測試方法研究及系統(tǒng)設計[D].西安：西北工業(yè)大學，2002.