波音787 飛機NO GO 故障ELCC分析及排故新思路

■ 程凱文/北京飛機維修工程有限公司

0 事件背景

國航一架波音787-9 飛機在執行航班任務時，飛機在下降階段AHM 監控出現狀態信息ELEC P200 PANEL，相關聯維護信息27-19173 Electrical Load Control Contactor（CK2761503 ELECT ACTR-SPLR 11）is failed to the closed position（見圖1）。因此故障為不可放行故障，故聯系當地AOG 借件排故。飛機落地后，狀態信息存在，相關聯維護信息為ACTIVE 狀態，CBIC頁面無法控制該繼電器，CBIC 頁面顯示該繼電器系統指令OFF，負載電 流0.00AMPS， 輸 出 狀 態FAILED SHORT。由于繼電器存在故障，導致CBIC 無法控制（見圖2）。整機斷電重啟后故障依舊，于是按FIM 斷電執行更換繼電器，重新拆裝一遍繼電器并輕敲后故障排除，維護信息為NOT ACTIVE，狀態信息消失。分析認為繼電器可能接觸不良或存在間歇性故障。出于適航安全考慮，飛機返回基地后更換了該繼電器。后續監控該飛機執行航班情況，運行平穩，再未出現相關電源系統故障。

圖1 相關故障維護信息

圖2 相關故障跳開關狀態

1 波音787 電源系統原理

波音787 飛機在最初設計時就取消了傳統機型的ATA 36 引氣章節，采用了電啟動發動機（CMSC）、電剎車、純電空調和電熱毯大翼防冰等手段，整個飛機用到發動機引氣的部分僅有渦輪間隙控制、核心機匣冷卻、防喘活門、軸承腔壓力封嚴、靜子可調葉片的操作及防冰、發動機唇口防冰等發動機內部ATA 75 章的內容，因此，787 機型對ATA 24 章電源的需求尤為重要。該型飛機有6 個主發電通道，4 個VFSG 和2 個ASG 分別提供235V 的AC 變頻發電，與傳統飛機相比，新增了235V 的AC 匯流條和270V 的DC 匯流條，可以更好地保障大負載用戶的需求。

787 電源分配系統由發動機的4個VFSG 向235V 的AC 匯流條供電（即P100 板 和P200 板），由APU 的2 個ASG 向235V 的AC 匯流條供電（即P150 板）。235V 的AC 匯流條分成3 路，第1 路通過4 個ATRU 分配到+/-270V 的DC 匯 流 條（即P700 板 和P800 板，主要用戶為8 個CMSC，用于EMP、NGS、CAC、APU 啟動和發動機啟動等）；第2 路通過2 個ATU 分配到115V 的AC 匯流條（即P300 板和P400 板）；第3 路通過4 個TRU 分配到EBPSU（電剎車供電組件，P500 板和P600 板）、28V 的DC 匯流條、儀表匯流條和BACKUP 匯流條（也在P300 板和P400 板），如圖3 所示。

圖3 24章電源系統簡圖

787 電源系統總的控制和監控終端是BPCU，涉及具體負載用戶從各匯流條使用，大致分成三級控制、分配及保護。第一級ELCU，為大負載用戶電源分配、控制及保護（可以分配235V的AC/115V 的AC 負載，最大分配電流可達430AMP）。第二級SPDU，為次級電源分配組件，為中負載用戶電源分配、控制及保護（可以分配115V 的AC/28V 的DC 負載，最大分配電流可達50AMP，最小可達2.5AMP）。第三級RPDU，為遠程電源分配組件，為小負載用戶電源分配、控制及保護（可以分 配115V 的AC/28V 的DC 負 載，通常分配電流小于10AMP）。

ELCU 用于控制、監控及保護性關斷ELCC，ELCC 是連接/斷開較大負載用戶的繼電器。其中P100 板、P200板、P150 板、P300 板 和P400 板 均 有ELCU。P300 板 和P400 板 的ELCU 受BPCU 控 制，P100 板、P200 板、P150板的BPCU 通過GCU 和AGCU 來控制相關ELCU。ELCU 分為C 卡和P 卡兩部分，C 卡（communication）是通信卡，內有軟件，接受BPCU 指令信號。P 卡（protection）是保護卡，是執行機構，負責接受C 卡信號，完成控制功能及保護功能。P 卡有些指令直接來自GCU或BPCU，有些P 卡僅有保護功能，沒有控制功能，如ATRU 的閉合/關斷指令直接來自GCU，相關P 卡只能起到保護功能性關斷作用。每個C 卡能控制6 個P 卡，每個P 卡有6 個模塊，對應控制及保護6 個ELCC（設計之初為了安全裕度，有些P 卡為多余度設計，即雖然可控制6 個ELCC，但實際構型只控制5 個或4 個）。

2 分析與探討

前述事件中的故障發生在外站，涉及到必須換件，無備件時可采取哪些臨時處理措施以避免外站AOG 停場，是下面分析和探討的主要內容。

2.1 提出措施

通過查詢相關繼電器件號的IPD DMC-B787-A-24-09-01-010-941A手冊，確定同件號繼電器的適用性，提出同機串件的方法。

1）以同電源分配面P200 板為例，其繼電器件號7001099-335，多達17 個適用性及規格（III 3PST NO 15A）都是一樣的。可通過繼電器的名稱簡單判斷該繼電器影響的飛機系統及部件。

2）在緊急情況下通過同機串件后MEL 放行飛機。如將同件號、同適用性、同規格的繼電器VAC BLOWER-R CK3832502 與故障繼電器ELECT ACTR-SPLR 11 CK2761503 對串互換，按MEL 38-30-01-01 保留污水系統真空泵，放行飛機。由于污水系統真空泵既不是飛機關鍵系統也不是關鍵構型，其失效不會影響機組操作，僅對客艙服務質量產生影響，不會影響適航安全，因此可做MEL 保留后放行飛機。

2.2 分析探討

通過分析相關繼電器與ELCU 的P卡和C 卡的電信號邏輯關系，討論同機串件的可能性及問題。

對串繼電器的想法雖然很好，但實際操作中可能有問題。通過查看SSM，發現該繼電器CK2761503 ELECT ACTR-SPLR 11 的供電和電信號控制分成了兩路。235V 的AC 供電去向11#電擾流板EMCU，通過AV/DC 整流器給擾流板作動器的電馬達和電剎車供電（見圖4）。而電信號控制路去向ELCU 的P 卡（見圖5），執行電流監控、默認值探測、指令&故障重置開關、保護功能、構型和自檢等功能。每個ELCC 繼電器除了為自己關聯的飛機系統和部件供電，還通過ELCU 的P 卡接受ELCU 的C 卡的控制信號指令，完成閉合或斷開動作，ELCC 繼電器還向ELCU 的P 卡提供其狀態信息用于監控，以起到保護功能。

圖4 繼電器供電電路到11#擾流板EMCU原理圖

圖5 繼電器與ELCU的P卡和C卡之間電信號控制原理圖

如果ELCC 故障（不受控或是故障在閉合位），可能引起ELCU 的P 卡的重要保護功能失效，這遠比相應的系統故障影響更大，其中有些繼電器還有重要構型數據。

因此，經過認真分析和思考后認為，通過確定同適用性的ELCC 繼電器同機串件MEL 放行飛機的這種方法是有問題的。如果繼電器故障在斷開位，可以連同下游系統一起保留。如果故障在閉合位，下游電路及負載的監控和保護功能就會因MEL 保留而失效，一旦遇見過流過載等故障時可能對飛機的安全性產生重大影響。

2.3 OEM 的意見

將上述同機串件以避免AOG 停場的措施，通過向波音公司發送SR，來驗證其可行性。

廠家SR 答復（4-3448422549），如果ELCC 繼電器故障在打開位，同機對串互換后MEL 放行的方法可行；但如果ELCC 繼電器故障在閉合位，因影響到大負載電路的監控和保護功能，當電路出現過流等風險時，因無法斷開繼電器以達到保護作用，所以出于安全性考慮，即使同機對串互換，CMCF 還是會觸發不可放行的故障信息。

如果同機對串互換后，不安裝故障繼電器ELCC，系統指示將視其為故障在斷開位，不會觸發不可放行故障。雖然波音公司不反對這種應急處理方法（串件后空位，MEL 放行飛機），但電源面板缺少繼電器并不是一種認證構型，而且這種情況沒有經過電氣系統運行測試的驗證。

2.4 延展分析

如果不是繼電器本身故障，而是ELCU 的P 卡保護模塊故障，造成繼電器無法控制，應該以什么方法來避免AOG 非計劃停場？

查閱波音公司官網FTD Fleet Team Digest，787-FTD-24-13013（Electrical Load Control Unit Protection ELCU-P Circuit Card Related Maintenance Messages），發現相關問題的描述：UTAS 公司舊版ELCU 的P 卡相關電容正常運行時可能超出范圍，原因可能是自然變化的電容設計和溫度效應。經證實，電容的超限（間歇失效）會導致ELCU 的P 卡的微控模塊故障，P 卡部分功能失效，從而影響P 卡控制的繼電器故障。但后續版本件號的P 卡新增了屏蔽電容，已經大大改善了此問題。

如果是ELCU 的P 卡故障或是沒有輸出，可以通過循環P 卡電源的方法來清除故障。如果無效，可以依據FTD里所附ELCU 的P 繼電器分配圖，將故障P 卡（其中失效的模塊）對串到備用分配位置，之后MEL 放行飛機。每張ELCU 的P 卡里都有6 個模塊（見圖6），其中有的P 卡會有1 或2 個備用余度位置（圖6 中藍色框），同時還標出了MEL 放行可接受失效的模塊（圖6 中灰色框）。同機對串時優先選擇故障模塊對應藍色的位置，原則上故障模塊換到備用模塊上是不會觸發故障信息的，不涉及MEL。以上述故障為例，可以將P200 板 的M4 卡 與P100 板 的M3 卡 對調，將P 卡上ELCM 模塊3 上失效的功能與備用位置交換，理論上失效功能交換到備用位置不觸發任何信息也不需要MEL。如果遇到特殊情況，可再行選擇黃色位置，然后根據對串之后的信息，按MEL 放行飛機。

圖6 ELCU的P繼電器分配圖

上述FTD 中所附的ELCU 的P 繼電器分配圖中標注的OC、DC、UC、DP 和GFD 等縮寫，在FTD 和相關手冊中并未明確解釋，且787-10 構型中刪除了相關縮寫標注，筆者為此于2022 年1月向波音公司發送SR（3-5237505711）進行詢問，得到官方回復如下：OC 為Over Current；GFD 為Ground Fault Detection；DP 為Differential Protection；UC 為Unbalanced phase Current；DC 為Direct Current Detection。

3 串件工作程序

基于CCAR 121 及CCAR 145 相關法規規章對航空運營人及維修單位航線維修活動的要求，以Ameco 相關串件工作程序為例進行說明。

1）因特殊維修需要，進行串件前應先向生產計劃部門及運控部門提交申請（串件單和串件申請單），原則上在批準后方可執行串件工作，緊急情況下同機串件可口頭請示后補辦手續。

2）適用性評估和運行評估，包括部件的件號、適用性、規格及特殊構型和改裝等信息，串件前后不能影響飛機的特殊運行能力（如ETOPS、二類運行、高高原、極地運行、PBN、ADS-B 等）。影響到特殊運行的串件，如非ETOPS件，被安裝到ETOPS 運行的飛機上時，應該以辦理正式故障保留等形式進行控制，并標注限飛ETOPS 等。航線突發故障涉及O 項的保留要通知運控部門，待運行評估完成后才可放行飛機，并及時錄入系統，臨時故障保留要及時轉為正式故障保留。

3）拆除及安裝被串件時，應嚴格按照相關手冊執行拆除、安裝及測試等步驟。安裝前應對部件進行可用性檢查，包括外觀檢查、翻看TLB 有無記錄相關部件和系統近日故障等、與串件單件序號信息是否一致等，并做好相關串件維修記錄（包括串件單、TLB 和NRC等文件的填寫），涉及因串件而導致的飛機保留信息的變更時（如凹坑等），應重新辦理相關正式故障保留等文件。

4）完善后的相關手續（如串件單等）應交由航材AOG（根據緊急情況和保留期限決定訂料時間）和附件控制部門，以便更好地控制飛機實裝構型、定檢計劃及后續CCO 拆下安排等事宜。對于在基地的被串飛機，航材部門和計劃部門應建立單機的飛機缺件清單，并對器材到貨信息進行跟蹤，列出計劃恢復日期。被串件飛機放行前，生產部門應對飛機缺件清單進行核對，確保被串件飛機所有缺件補充到位，方可放行。

4 總結

通過串件查看故障是否轉移，從而判斷故障是由哪個部件導致的，這種方法雖然能夠快速找到問題根源，但其風險系數也很高。

在沒有根據SSM 和WDM 等相關手冊及專業知識分析故障是哪種情況的前提下直接串件，假設是線路短路的問題，很可能在執行地面測試時又一次將串來的無故障部件燒壞，就會徹底造成AOG 停場。

為此，對排故思路進行如下總結：

1）排故過程中對故障的分析、猜想、延展及討論是非常有必要的，當一個故障帶出多條信息時，應思考這些信息之間的關聯性、信息所指示故障部分上下游組件之間的關系、相鄰系統之間的影響問題、多系統之間交聯部分和共用部分之間的問題等。故障排除后更要系統地梳理理論知識、系統原理及線路圖，分析故障的根源，進行延展性思考，如飛機多余度設計中，同機裝載部件之間的互換性及安全裕度以及故障時MEL放行的分析等。

2）航線維修時（外站維護工作時）如遇故障，應快速準確地判斷故障源，在安全且合法的前提下，盡量縮短非計劃停場時間，提高飛機利用率。正確合理的使用MEL、DDG、廠家相關文件及工程技術評估單等，對飛機故障進行合法故障保留放行。如涉及適航安全的間歇故障和保留限制苛刻的故障時，應果斷調班或換飛機執行航班，絕不容忍沒有把握的或超限的故障上天。

3）基地維修活動（定檢等）時如遇故障，應盡最大努力排除隱蔽性故障和安全隱患，降低故障保留的辦理。

基地和外站遇相同故障時采取不同的排故思路，才能在保證適航安全的前提下使航空公司經濟效益最大化。