張宇，楊宇航，齊叢生

（中國直升機設(shè)計研究所，江西景德鎮(zhèn)，3330000）

0 引言

直升機地面電源啟動后，脫開地面電源插頭時多次出現(xiàn)多功能顯示器掉電的問題。因此，針對該問題進行故障定位并進行機理分析，定位故障原因為電源插頭正端針腳長短不一，誤觸發(fā)直流配電控制盒內(nèi)部的短路保護插件執(zhí)行短路保護，導致匯流條無法正常上電，出現(xiàn)多功能顯示器掉電現(xiàn)象。

1 配電系統(tǒng)的概述

直升機配電系統(tǒng)又被稱為直升機的大腦，它的主要作用是對電能的管理、分配、控制、傳輸[1]。配電系統(tǒng)將發(fā)電機或其他電源輸出的電能分配、傳輸至匯流條，在通過匯流條對機上各用電設(shè)備進行有效分配，管理并保護用電設(shè)備。

對應(yīng)不同種類的供電電源，配電系統(tǒng)分為直流配電系統(tǒng)和交流配電系統(tǒng)兩種類型[2]。在只有交流發(fā)電機供電的配電系統(tǒng)中，包含交流配電系統(tǒng)和低壓直流配電系統(tǒng)，直流電需通過交流電整流得到。在既有交流發(fā)電機供電又有直流發(fā)電機供電的配電系統(tǒng)中，交流配電系統(tǒng)和直流配電系統(tǒng)同時存在直流配電系統(tǒng)的配電方式包括輻射式、封閉式、混合式三種方式[3]。交流配電方式多為輻射式配電方式。對于飛機上重要的用電設(shè)備采用多路供電方式，在一路供電出現(xiàn)故障時自動連接另外一路，提高用電可靠性。

按照匯流條到用電設(shè)備之間的配電方式，配電系統(tǒng)分為集中式配電、分散式配電、混合式配電等三種方式[4]。

集中式配電：這種配電方式的優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)簡單、保證線路上電能的穩(wěn)定傳輸。其缺點在于這種簡單的結(jié)構(gòu)如果出現(xiàn)短路故障，會導致所有用電設(shè)備同時無法工作，造成安全事故；所有用電設(shè)備均由中央配電盒進行供電，造成中央配電盒結(jié)構(gòu)復雜，體積大。

分配式配電：這種配電方式的優(yōu)勢在于在系統(tǒng)正常工作的時候，各配電通道的線纜之間不連接，當其中一個供電電源發(fā)生故障時，該匯流條上的其他設(shè)備可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)獲取其他供電電源的電能，僅一部分電路受到影響，提高了供電可靠性。其缺點在于這種分配式的配電方式對于發(fā)電機的性能要求比較高，當發(fā)電機出現(xiàn)容量不夠的情況時，這時用電設(shè)備的電壓會出現(xiàn)波動，造成供電不穩(wěn)，出現(xiàn)部分設(shè)備誤警報。

混合式配電：這種配電方式的優(yōu)勢在于用電設(shè)備可以就近的獲取電能，有效地降低了輸電線纜的長度，使得中央配電盒的結(jié)構(gòu)簡化、體積減小，并且易于檢查和維護。其缺點與集中式配電方式相似，當中央?yún)R流條出現(xiàn)短路故障時，會造成所有用電設(shè)備無法正常工作。

該型直升機配電系統(tǒng)采用混合式配電方式，其內(nèi)部包括直流配電系統(tǒng)和交流配電系統(tǒng)。

直流配電系統(tǒng)設(shè)置了左、右發(fā)電機主匯流條、發(fā)電機匯流條、卸載匯流條和蓄電池直接匯流條。重要負載采用雙電源供電；最重要用電負載采用發(fā)電機匯流條和蓄電池直接匯流條雙電源供電；次要用電設(shè)備采用卸載匯流條單電源供電，應(yīng)急時可直接從電網(wǎng)卸除。保護配電電路的熔斷器或斷路器直接和配電匯流條相連。

交流配電系統(tǒng)設(shè)置左側(cè)115V單相匯流條、左側(cè)26V單相匯流條、右側(cè)115V單相匯流條、右側(cè)26V單相匯流條。以上匯流條均連接在左、右變流器的輸出端，左右變流器的輸入端連接在左、右發(fā)電機的主匯流條上。

2 故障原因

2.1 故障分析

在解決上述故障之前，需確認故障位置及故障原因。首先對機上相關(guān)設(shè)備（直流發(fā)電機、直流配電控制盒、多功能顯示器等供電、配電、用電設(shè)備）及地面電源轉(zhuǎn)雙側(cè)發(fā)電機供電操作進行檢查，確認機上設(shè)備均正常工作，相關(guān)轉(zhuǎn)電操作無問題。進而初步判斷為配電系統(tǒng)和各部件的連接關(guān)系中存在問題并對其進行檢查分析，在檢查直流配電控制盒與其他的設(shè)備的連接關(guān)系發(fā)現(xiàn)直流配電控制盒內(nèi)部右地面電源輔助繼電器的控制信號從地面電源插頭的短針獲取，左地面電源輔助繼電器的控制信號從地面電源插頭的長針獲?。ㄈ鐖D1所示），在實際的設(shè)計中直流配電控制盒內(nèi)左右兩側(cè)地面電源輔助繼電器的控制信號均應(yīng)從地面電源插頭的短針獲取。

圖1 直流配電控制盒系統(tǒng)與電源插頭連接圖

由于地面電源插頭的針腳長短不一，在脫開地面電源插頭時，短針先斷開，長針后斷開，這樣就會使兩個控制信號之間存在一定的間隔，并且直流配電控制盒內(nèi)部存在保護邏輯，當兩個控制信號之前存在的時間間隔大于50ms時，直流配電控制盒內(nèi)部的短路保護插件就會執(zhí)行短路保護操作，導致匯流條上無電，進而使得多功能顯示器出現(xiàn)掉電現(xiàn)象。

2.2 故障復現(xiàn)

為了驗證多功能顯示器掉電現(xiàn)象是由地面電源插頭針腳長短不一，觸發(fā)直流配電控制盒短路保護導致，故在直升機地面電源起動后進行不同速度脫開地面電源插頭的試驗驗證。

(1)地面電源啟動后，快速脫開地面電源插頭，多功能顯示器工作正常，并未出現(xiàn)掉電現(xiàn)象。

(2)地面電源啟動后，以正常速度脫開地面電源插頭，多功能顯示器偶爾會出現(xiàn)掉電現(xiàn)象。

(3)地面電源啟動后，采用緩慢的速度脫開地面電源插頭，多功能顯示器無法正常工作，出現(xiàn)掉電現(xiàn)象。

通過觀察上述試驗現(xiàn)象，可以得到地面電源啟動后，脫開地面電源插頭多功能顯示器出現(xiàn)掉電現(xiàn)象的原因是左地面電源輔助繼電器線圈正端取電位置不符合設(shè)計要求，在脫開地面電源插頭時，右地面電源輔助繼電器相連的短針先脫開，左地面電源輔助繼電器相連的長針后脫開，兩個控制信號的時間間隔大于50ms的時候，觸發(fā)直流配電控制盒內(nèi)部的短路保護操作，導致多功能顯示器出現(xiàn)掉電現(xiàn)象。

3 機理分析

3.1 正常供電時的工作邏輯

在正常的工作狀態(tài)下，地面電源啟動后，直升機此時正常運轉(zhuǎn)，為使直升機離地飛行，需從地面電源供電轉(zhuǎn)為直升機發(fā)電機供電，脫開地面電源插頭，地面電源插座上短針斷開，后端反流保護器的控制線圈上電，當右側(cè)發(fā)電機電壓超過蓄電池電壓時，反流保護器上的觸點對線路接觸器（反流保護器內(nèi)部）線圈通電，線路接觸器接通，將右側(cè)發(fā)電機的饋線與直升機電源系統(tǒng)連接到一起。此時右側(cè)發(fā)電機與主匯流條相連。當左側(cè)發(fā)電機電壓超過蓄電池電壓時，其情況相同。

3.2 當前設(shè)計缺陷的機理分析

直流配電控制盒系統(tǒng)原理框圖如圖2 所示。

圖2 直流配電控制盒系統(tǒng)原理圖

直升機在地面啟動后，轉(zhuǎn)雙發(fā)供電的過程中，由于左側(cè)地面電源輔助繼電器線圈正端取電位置設(shè)計不合理，在斷開地面電源插頭的過程中出現(xiàn)地面電源接觸器斷開，右側(cè)地面電源輔助繼電器相連的短針先斷開，右側(cè)發(fā)電機接觸齊正常連接、成功并網(wǎng)，右側(cè)匯流條存在電流，而左側(cè)輔助繼電器相連的長針此時并未斷開，后端反流保護器的控制線圈仍與地面電源插頭連接，反流保護器的控制線圈未能上電，左側(cè)發(fā)電機端電壓仍低于蓄電池電壓，反流保護器上的觸點對線路接觸器線圈未接通，線圈接觸器未接通，左側(cè)發(fā)電機未能成功并網(wǎng)，左側(cè)匯流條無電流。這時左右兩側(cè)的匯流條會產(chǎn)生28V的電壓差，如果地面電源插頭緩慢脫開，當左右兩側(cè)的控制信號相差超過50ms時，會使得直流配電控制內(nèi)的短路保護插件（直流配電控制盒內(nèi)部短路保護插件中設(shè)有延時電路，延時電路設(shè)置時間為50ms）按照短路保護邏輯（短路保護插件的保護邏輯為同時對左、右兩側(cè)匯流條上的電壓進行采集和判斷，當兩側(cè)電壓差值超過12V時，執(zhí)行保護）執(zhí)行短路保護，使得左側(cè)反流保護器、左側(cè)轉(zhuǎn)換接觸器、蓄電池左接觸器無法正常連通，左側(cè)匯流條無法正常上電，最終出現(xiàn)多功能顯示器掉電現(xiàn)象。如果地面電源插頭脫開的速度很快，即左右兩側(cè)的控制信號相差小于50ms，此時不執(zhí)行相應(yīng)的保護邏輯，左側(cè)反流保護器、左側(cè)轉(zhuǎn)換接觸器、蓄電池左接觸器正常連通，左側(cè)匯流條正常上電，多功能顯示器正常工作。

4 糾正措施

針對該型直升機地面電源啟動后，脫開地面電源插頭時有時會出現(xiàn)多功能顯示器掉電的問題，采取以下的更改措施：

(1)將左側(cè)地面電源輔助繼電器線圈的正端接線由地面電源插頭的長針更改為短針（如圖3所示）。即使得左、右地面電源輔助繼電器線圈的正端接線均采自同一個地面電源插頭的短針，這樣左、右地面電源輔助繼電器的控制信號均從地面電源插頭的短針獲取，兩個控制信號之前不存在時間間隔，故直流配電控制盒不會觸發(fā)短路保護，多功能顯示器可以正常工作。

圖3 左側(cè)地面電源輔助繼電器接線更改圖

(2)進行舉一反三，該型號產(chǎn)品生產(chǎn)為批量生產(chǎn)，故此故障問題并不是單一產(chǎn)品問題，在其他直升機所使用的該型號產(chǎn)品也存在著同樣的問題，應(yīng)該逐一落實并采取上述辦法解決。同時對比其他型號的直流配電控制盒是否存在相同問題，并進行升級改進。

5 試驗驗證

為了驗證所采用的更改措施可以切實的解決上述故障，對故障直流配電控制盒內(nèi)部接線關(guān)系進行更改，左側(cè)地面電源輔助繼電器線圈的正端接線由地面電源的長針更改為短針，使用地面電源車起動直升機進行地面開車驗證，采用不同速度脫開地面電源插頭，觀察多功能顯示器的工作狀態(tài)。

(1)地面電源起動后，快速脫開地面電源插頭，多功能顯示器正常工作，并未出現(xiàn)掉電現(xiàn)象。

(2)地面電源起動后，以正常速度脫開地面電源插頭，多功能顯示器正常工作，并未出現(xiàn)掉電現(xiàn)象。

(3)地面電源起動后，采用緩慢的速度脫開地面電源插頭，多功能顯示器正常工作，并未出現(xiàn)掉電現(xiàn)象。

綜合上述試驗驗證現(xiàn)象，無論采取何種速度脫開地面電源插頭，多功能顯示器均可以正常工作，并為出現(xiàn)掉電現(xiàn)象，故上述更改措施切實有效。

6 結(jié)論

綜上所述，直升機地面電源啟動后，脫開地面電源插頭時有時會出現(xiàn)多功能顯示器掉電的問題是由于地面電源插頭的針腳長短不一，匯流條無法正常上電，最終出現(xiàn)多功能顯示器掉電。其故障定位、故障復現(xiàn)、機理分析清晰明確，制定了有效的糾正措施，并進行相關(guān)試驗驗證。通過更改機上直流配電控制盒內(nèi)部地面電源輔助繼電器線圈的接線關(guān)系，可以有效避免此類問題的發(fā)生，保證直升機的使用安全。