某型機(jī)全機(jī)掉電故障分析

董曉宇，尹超華

(中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西景德鎮(zhèn)，333001)

1 概述

某型機(jī)在由1號(hào)交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)向2號(hào)交流發(fā)電機(jī)供電時(shí)，全機(jī)掉電。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)排查，發(fā)現(xiàn)2號(hào)交流發(fā)電機(jī)控制器（以下簡(jiǎn)稱GCU）在控制主通道投網(wǎng)后只對(duì)2號(hào)交流接觸器的故障狀態(tài)進(jìn)行了判別，但未控制2號(hào)交流接觸器執(zhí)行退網(wǎng)動(dòng)作，由于電源系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)的關(guān)系（2號(hào)交流優(yōu)先于1號(hào)交流），導(dǎo)致其它通道的電源無(wú)法投網(wǎng)，造成全機(jī)掉電。

2 故障定位分析

結(jié)合機(jī)上接觸器故障問(wèn)題及產(chǎn)品內(nèi)部電源工作機(jī)理，通過(guò)建立故障樹(shù)，分析全機(jī)掉電故障可能的原因有以下幾個(gè)方面，如圖1所示。

圖1 全機(jī)掉電故障樹(shù)

故障樹(shù)引起該問(wèn)題的故障模式有3種：A1模式為控制邏輯問(wèn)題；A2為接觸器故障；A3為驅(qū)動(dòng)能力不足。A1與A2（或A3）可能引起該故障的發(fā)生。

■2.1 控制邏輯A1

在投網(wǎng)過(guò)程中，GCU只對(duì)主接觸器的狀態(tài)進(jìn)行了判別，并報(bào)送故障信息，但不執(zhí)行退網(wǎng)操作。由于電源系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)的關(guān)系，當(dāng)主接觸器無(wú)法正常接通完成轉(zhuǎn)電時(shí)，會(huì)導(dǎo)致其他通道的電源無(wú)法投網(wǎng)，從而引起全機(jī)掉電，因此確定控制邏輯A1存在缺陷。

■2.2 接觸器故障A2

A2主要表現(xiàn)為主接觸器的個(gè)體差異較大。

在接觸器驗(yàn)收試驗(yàn)的過(guò)程中，試驗(yàn)現(xiàn)象如下：

（a）存在接觸器無(wú)法正常吸合，其線圈兩端電壓被拉低至12V左右；

（b）能夠吸合的接觸器的線圈兩端電壓在被拉低至16V后恢復(fù)至24V（C型電機(jī)永磁機(jī)電壓低），恢復(fù)時(shí)間為60-70ms，接觸器吸合時(shí)間不正常。

接觸器廠家給出的參數(shù)是接觸器接通瞬間線圈最低電壓標(biāo)稱值為12V，個(gè)體參數(shù)差異較大導(dǎo)致一些接觸器無(wú)法正常吸合。接觸器廠家建議接觸器線圈兩端電壓控制在18V以上，可以確保所有接觸器正常接通。因此，需要提升GCU的驅(qū)動(dòng)能力，以適應(yīng)主接觸器的個(gè)體差異性。

■2.3 接觸器驅(qū)動(dòng)能力A3

驅(qū)動(dòng)能力不足一方面導(dǎo)致接觸器吸合的時(shí)間變長(zhǎng)，影響全機(jī)轉(zhuǎn)電時(shí)間，另一方面，此種驅(qū)動(dòng)能力不足可能會(huì)引起主接觸器的機(jī)械卡滯。

能夠引起A3的因素為：GCU控制方式會(huì)使主接觸器驅(qū)動(dòng)回路的線路較長(zhǎng)，從內(nèi)28V電源輸出到最終的接觸器線圈端的線路約25米長(zhǎng)，接觸器接通瞬間的驅(qū)動(dòng)電流較大（約7A），會(huì)產(chǎn)生較大壓降，使接觸器線圈驅(qū)動(dòng)電壓降低。

3 機(jī)理分析

■3.1 GCU接觸器控制邏輯機(jī)理分析

由于電源系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)的關(guān)系，主通道投網(wǎng)后對(duì)故障接觸器狀態(tài)的進(jìn)行了判別，并報(bào)送故障信息，但未控制接觸器執(zhí)行退網(wǎng)操作。在GCU控制接觸器正常接通時(shí)，若接觸器發(fā)出機(jī)構(gòu)部分動(dòng)作，但主觸點(diǎn)未形成閉合投網(wǎng)能力，GCU仍然給故障接觸器施加控制電壓，占用該控制邏輯優(yōu)先級(jí)，導(dǎo)致其他通道的電源無(wú)法投網(wǎng)，從而造成全機(jī)掉電，控制邏輯存在缺陷。

■3.2 GCU接觸器驅(qū)動(dòng)能力的機(jī)理分析

圖2為GCU內(nèi)部接觸器驅(qū)動(dòng)電路，內(nèi)28V經(jīng)斷路器Q1后至發(fā)電開(kāi)關(guān)GCS，發(fā)電開(kāi)關(guān)閉合后再將28V送回2號(hào)交流GCU作為發(fā)電控制命令與接觸器驅(qū)動(dòng)電源，2號(hào)交流GCU檢測(cè)到GCS開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)，控制2號(hào)交流系統(tǒng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電正常滿足投網(wǎng)條件后，GCU控制繼電器K208,將控制電源送至接觸器線圈正端，為接觸器的接通提供28V驅(qū)動(dòng)電源。

圖2 接觸器驅(qū)動(dòng)電路

圖3 接觸器端電壓波形

但接觸器在接通過(guò)程中，線圈內(nèi)阻約為4Ω，線圈電流較大，GCS開(kāi)關(guān)到GCU的距離約為10米，輸入、輸出的GCU的線路總長(zhǎng)度約為20米，再加上最終驅(qū)動(dòng)電源到接觸器端的機(jī)上線路總長(zhǎng)約25米(線徑0.5mm 2)，線路較長(zhǎng)，在6-7A電流條件下瞬間接通會(huì)產(chǎn)生較大的壓降，會(huì)影響接觸器控制的驅(qū)動(dòng)能力。同時(shí)考慮到接觸器個(gè)體之間存在差異，且接觸器熱冷態(tài)條件下驅(qū)動(dòng)電壓不同，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓低于接觸器吸合電壓時(shí)，接觸器不能正常接通。

接觸器端電壓的低端門限值為(19.2-22)VDC,可滿足接觸器（18-28）VDC的門限需求，但裕量范圍不大。

4 設(shè)計(jì)改進(jìn)

■4.1 控制邏輯優(yōu)化改進(jìn)

主通道投網(wǎng)后對(duì)接觸器狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，檢測(cè)接觸器的輔助觸點(diǎn)狀態(tài)與控制指令是否一致。若一致，則認(rèn)為主接觸器已經(jīng)正常閉合，且工作正常。否則，進(jìn)行延時(shí)故障判斷，當(dāng)檢測(cè)到接觸器故障持續(xù)時(shí)間超過(guò)1.2s，執(zhí)行退網(wǎng)操作并報(bào)送接觸器故障信息給供電處理機(jī)；若1.2s內(nèi)接收到輔助觸點(diǎn)正常信息，則故障清零，重新進(jìn)行狀態(tài)判斷，同時(shí)保持投網(wǎng)狀態(tài)不變。

■4.2 驅(qū)動(dòng)能力優(yōu)化改進(jìn)

考慮到機(jī)上與GCU驅(qū)動(dòng)線路的實(shí)際情況，采用了GCU內(nèi)部走線優(yōu)化的方式，縮短GCU到接觸器端的線路長(zhǎng)度為5米，使驅(qū)動(dòng)接觸器的信號(hào)不再經(jīng)過(guò)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)控制回路，如圖4所示。減小吸合瞬間的線路壓降，同時(shí)使電流信號(hào)不再經(jīng)過(guò)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)，減少發(fā)電開(kāi)關(guān)發(fā)生故障的概率。

對(duì)控制器進(jìn)行閉環(huán)對(duì)比試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)GCS線路采用和機(jī)上一致的線制時(shí)，接觸器兩端的電壓在接觸器驅(qū)動(dòng)瞬間的壓降較大；而GCS線路變短后，接觸器兩端的電壓在接觸器驅(qū)動(dòng)瞬間的壓降變小，即當(dāng)GCS走線變短時(shí)，可以提高控制器對(duì)接觸器的驅(qū)動(dòng)能力，接觸器接通瞬間的電壓提高約2V。如圖5所示。

圖4 優(yōu)化后的控制線路

圖5 改進(jìn)走線方式后的瞬態(tài)電壓波形

因此，可以通過(guò)改變控制器內(nèi)部走線方式，縮短接觸器的驅(qū)動(dòng)回路，吸合電壓在約30ms的時(shí)間，接觸器端的電壓最低值為 (21.4-23.8)VDC,完全可以滿足機(jī)上接觸器使用的（18-28）VDC范圍要求，且裕量范圍提升2V以上。

5 結(jié)論

綜上試驗(yàn)情況并與之前未改進(jìn)進(jìn)行對(duì)比，改進(jìn)后GCU未驅(qū)動(dòng)能力得到了有效提高。由此可見(jiàn)，該改進(jìn)措施有效，在后續(xù)產(chǎn)品研制中應(yīng)充分借鑒此故障機(jī)理，避免此類故障再次發(fā)生。