某發電機無法投網問題的探究

王宇，劉國波

某發電機無法投網問題的探究

王宇，劉國波

（中國飛行試驗研究院，陜西 西安 710089）

某國產直升機的交流主電源系統采用兩臺交流發電機供電，在某次地面開車過程中，重復出現接通1號發電機開關進行轉電時出現全機斷電現象，最終確認故障是由于交流轉電時應急泵工作導致1號接觸器觸點燒蝕粘連引起的。通過分析和結合所測供電系統轉電時的波型圖進行分析和探究，為同類型的故障排除提供了經驗。

發電機；電動泵；交流轉電；觸點燒蝕

某型直升機是中國自主設計生產的多用途直升機，電源系統采用了較為先進的SSPC（固態功率控制）技術，電源管理控制采用負載管理中心進行管理分配，配電采用正常雙路交發不并聯供電模式。雖然應急狀態可使用APU電源并網或單路供電方式滿足機上供電需求，但對于飛行安全及飛行任務會產生嚴重影響。

1 故障現象

某架機飛行員飛行前按正常程序開車，在接通1號發電機開關時，全機斷電，對1號發電機開關多次進行復位操作，1號交流發電機仍然無法投入發電。經排查發現為1號接觸器未接通，更換新的交流配電盒，故障消失。隨后飛行十余架次后此故障再次出現。

2 電源系統原理簡述

某型直升機交流電源電源系統正常工作狀態下，1號、2號主交流電源系統向各自的主匯流條單獨供電。各負載的接通斷開通過負載管理中心控制，并在負載出現過流時負載管理中心自動保護切斷負載供電；當1號、2號某個主交流電源系統發生故障時，其交流發電機控制器自動控制斷開電網主接觸器，故障系統自動隔離。1號、2號交流發電機故障或斷開時，如果APU交流發電機處于工作狀態時，系統自動將部分交流負載切換至由APU交流發電機；APU發電機通過APU接觸器和相連接觸器向機上匯流條供電。

接通1號發電機開關，機上APU發電機轉1號發電機供電時，相連接觸器先斷開，APU發電機脫網，1號主接觸器再接通，1號發電機投網供電。APU發電機轉1號發電機時全機斷電，說明轉電過程中相連接觸器斷開，但1號接觸器未接通。

3 故障排查及分析

對兩次故障的1號接觸器進行測量檢查，發現兩個接觸器均在常閉觸點接通位置粘連。進行分解檢查，該接觸器共三組觸點，其中一組常閉主觸點已經燒蝕粘連，初步判斷造成觸點燒蝕的原因為常閉觸點接通瞬間通過了大電流。

3.1 線路排查

按故障樹排查，對機上供電線路相關線路進行了外觀檢查、導通和絕緣值測量，未發現異常；同時，借助配電盒檢測設備對配電盒進行了接線邏輯功能及絕緣值檢查，測量數據符合設計要求，排除因線路短路所致大電流燒蝕接觸器的影響。

測量接觸器驅動線圈輸入端電壓，測量值為29.2 V，大于接觸器最低吸合電壓18 V的指標，發電機控制器滿足接觸器驅動要求。查看飛參數據發現飛行員均是先接通1號交流發電機再接通2號交流發電機，從而可以排除接觸器常開端和常閉端帶電動作產生電弧的因素。

3.2 大功率感性負載排查

對1號交流匯流條供電的機上交流負載進行分析，只有液壓系統的應急電動泵屬于大功率電動機類負載。因此，可能為應急泵工作影響交流電源轉電，導致1號接觸器常閉觸點燒蝕粘連，APU發電機供電轉1號發電機供電時1號接觸器無法正常工作。

當1號接觸器接通時，1號發電機通過1號接觸器常開觸點向1號匯流條供電，從而向應急泵供電；當1號接觸器釋放時，常開觸點斷開，常閉觸點接通，1號匯流條供電由1號發電機轉到2號發電機。根據該接觸器性能參數，從常開觸點斷開到常閉觸點接通，整個過程中應急泵會有5 ms斷電時間。

應急泵為三相異步電動機負載，額定功率5.5 kVA，額定電流16 A。在上述轉電過程中會有5 ms斷電時間，在此期間，電動機轉子因慣性仍在轉動，同時因電動機定轉子存在剩磁及磁化電流，仍能形成旋轉磁場，此時電動機轉變為交流發電機。

通過地面開車時應急泵工作和應急泵不工作兩種狀態進行檢測。從測試數據可看出，當應急泵工作時進行交流轉電，轉電過程中1號匯流條存在電壓緩慢降低，頻率接近400 Hz的交流電。應急泵不工作時，交流轉電過程中1號匯流條電壓波形很快衰減到接近0，同時頻率有較大變化。兩種狀態對比，如圖1所示。

圖1 應急泵工作與不工作狀態電壓波形圖

當機上1號發電機脫網進入轉電過程，1號匯流條斷電，應急泵轉變為發電機，大約5 ms后，1號接觸器完全釋放，常閉觸點接通，此時，2號發電機與應急泵轉變的發電機并聯。由于2號發電機輸出的交流電頻率與應急泵相位不一定同步，常閉觸點接通瞬間可能產生很大的電流，使1號接觸器常閉觸點燒蝕粘連。當進行APU發電機轉1號發電機時，因1號接觸器無法接通，導致全機斷電。

4 改進方案

針對單機發生重復性故障，對同時試飛的同型號其他直升機近一個月的飛參數據檢查分析，發現這架機中幾乎每次轉電時刻時應急泵處于工作狀態，而其他幾架機未出現此現象。按應急泵的設計技術指標要求，應急泵在啟動后工作后3 min內完成APU蓄壓器蓄壓工作。

因該故障是由于交流轉電時應急泵轉為發電機引起的，有兩種解決思路：改變應急泵特性，使其斷電后不轉為發電；交流轉電前關閉應急泵，轉電結束后再接通應急泵。斷電后電動機短時發電是電動機固有特性，無法改變。因此，只能考慮采用第二種思路。

在直升機起飛前和著陸后，必須要起動APU，為了給液壓系統蓄壓器補壓，應急電動泵必須工作，而交流電源系統在起動完APU后，也要進行轉電操作。所以起飛前和著陸后，交流電源系統轉電時應急電動泵處于工作狀態的可能性比較大。

空中飛行時，交流主電源系統和左、右液壓系統均正常，蓄壓器壓力正常時，應急電動泵也不會工作。為解決應急電動泵工作影響交流電源系統轉電問題，只要更改直升機處于地面時應急電動泵的控制邏輯即可。更改后的控制邏輯：直升機處于地面時，當左、右液壓系統壓力正常時，在交流電源系統轉電前斷開應急電動泵電源，在轉電結束后再接通應急電動泵電源。

交流電源系統通過應急泵接觸器向應急泵供交流電，應急泵接觸器線圈正端由負載管理中心供28 V直流電，應急泵接觸器線圈負端由左液壓系統壓力開關或蓄壓器壓力開關控制。改進后，應急電動泵工作需同時滿足下述三個條件時，負載管理中心將斷開應急電動泵線圈正端28 V直流電，從而斷開應急電動泵：①直升機處于地面；②左、右液壓系統壓力正常；③交流電源系統進入轉電。

交流電源系統將1號、2號主交流發電機開關、1號、2號主接觸器、相連接觸器狀態等信號送至負載管理中心，由負載管理中心判斷交流電源系統是否即將進入轉電環節，從而控制應急泵三相接觸器線圈正端28 V直流電的斷開和延時接通，由此來控制轉電前斷開應急泵，轉電結束后延時接通應急泵。

5 分析及總結

由應急電動泵引起電源系統單機發生的重復性故障，雖然存在飛行員操作習慣和保障人員對飛機系統認知不充分的因素，但是故障的排查方法以及改進措施，在今后工作中具有負載管理中心負載管理中心如下借鑒作用：發現重復性故障不盲目定為部件自身故障，結合產品技術數據分析測量產生故障的原因；結合飛參數據，合理利用檢測設備對故障件的工作特性及試驗機的工作狀態進行測試分析；提高飛參數據分析能力，有效梳理飛參數據，合理提升機群飛參數據利用率。

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V242

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.19.048

2095－6835（2019）19－0118－02

〔編輯：嚴麗琴〕