某型機(jī)交直流供配電系統(tǒng)故障研究

郭世旭 蔡蕊 徐霄翔

摘要：本文通過分析某型機(jī)的交直流配電系統(tǒng)中包括了交流供電方式和直流供電方式，詳細(xì)列舉了直流配電系統(tǒng)和交流配電系統(tǒng)的故障類型和保護(hù)區(qū)域的劃分，描述了直流配電系統(tǒng)和交流配電系統(tǒng)的故障特性。通過分析表明合理設(shè)置保護(hù)設(shè)備和控制設(shè)備二者之間的控制策略，可保證交直流供配電系統(tǒng)的安全，提高交直流供配電系統(tǒng)的供電安全性。

關(guān)鍵詞：交流供配電;直流供配電;故障;保護(hù)機(jī)制

0引言

直升機(jī)配電系統(tǒng)應(yīng)能將電能可靠而有效地輸送到各用電系統(tǒng)和設(shè)備的輸入端。配電系統(tǒng)包括匯流條及控制裝置和電路保護(hù)裝置。電源系統(tǒng)將電功率輸送到主匯流條或主接觸器，由主接觸器和主匯流條組成的供電中心;配電系統(tǒng)將主匯流條的電功率通過控制裝置和電路保護(hù)裝置輸送到各級(jí)匯流條。對(duì)于重要的系統(tǒng)或設(shè)備還應(yīng)有多路的獨(dú)立供電措施，以保證達(dá)到供電余度要求;同時(shí)還要求當(dāng)配電系統(tǒng)中發(fā)生局部性的故障，不能擴(kuò)大而影響到未發(fā)生故障的部分，更不能危及飛機(jī)的安全。

1 交直流配電系統(tǒng)概述

交直流配電形式包括集中配電、混合配電、分散配電和獨(dú)立配電4種方式[1]。供電系統(tǒng)運(yùn)行方式分為轉(zhuǎn)換供電、并聯(lián)供電和分組并聯(lián)供電：轉(zhuǎn)換供電運(yùn)行方式是指主電源在正常運(yùn)行時(shí)為單臺(tái)發(fā)電機(jī)獨(dú)立向匯流條供電，當(dāng)某個(gè)發(fā)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，該匯流條轉(zhuǎn)換到其他正常運(yùn)行的發(fā)電機(jī)供電;并聯(lián)供電方式是指主電源在正常運(yùn)行時(shí)，飛機(jī)上所有主發(fā)電機(jī)并聯(lián)后向機(jī)上負(fù)載供電，當(dāng)某個(gè)發(fā)電機(jī)故障時(shí)，機(jī)上用電設(shè)備可以仍然由其他發(fā)電機(jī)供電;分組并聯(lián)供電運(yùn)行方式是指主電源在正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)分兩組并聯(lián)，在兩組并聯(lián)系統(tǒng)之間采用轉(zhuǎn)換供電運(yùn)行方式。

直流供配電系統(tǒng)按照電壓等級(jí)的不同分為兩種：低壓直流和高壓直流，該型機(jī)為低壓直流配電系統(tǒng)。交流供配電系統(tǒng)為115V AC 400HZ恒頻交流電源。按照通過圖1可以看到該型機(jī)交直流配電網(wǎng)的典型結(jié)構(gòu)，其中：①AC G1為左交流發(fā)電機(jī)、②AC G2為右交流發(fā)電機(jī)、③AC GCU1為左交流發(fā)電機(jī)控制器、④AC GCU2為右交流發(fā)電機(jī)控制器、⑤AC EPU為交流地面電源、⑥BPCU為發(fā)電機(jī)控制器、⑦TRU1為左變壓整流器、⑧TRU2為右變壓整流器、⑨DC G3為左蓄電池、⑩DC G4為右蓄電池電源、 DC GCU1為1號(hào)直流發(fā)電機(jī)控制器、 DC G1為1號(hào)直流發(fā)電機(jī)、 DC GCU2為2號(hào)直流發(fā)電機(jī)控制器、 DC G2為2號(hào)直流發(fā)電機(jī)、 DC EPU為直流地面電源。

直流供配電系統(tǒng)包括了2臺(tái)起動(dòng)發(fā)電機(jī)組成的直流電源主系統(tǒng)和2組蓄電池組成的應(yīng)急電源系統(tǒng)。直流電源系統(tǒng)可以從4個(gè)不同的電源供電：直流起動(dòng)發(fā)電機(jī)供電;蓄電池組供電;經(jīng)地面電源插座由地面電源供電;經(jīng)變壓整流器由交流發(fā)電機(jī)供電。交流供配電系統(tǒng)包括了2臺(tái)交流發(fā)電機(jī)組成的115V三相交流電源主系統(tǒng)和經(jīng)地面電源插座由地面電源供電。交流供配電系統(tǒng)可以從2個(gè)不同的電源供電：交流發(fā)電機(jī);經(jīng)地面電源插座由地面電源供電。在供配電系統(tǒng)中接入AC/DC變換器即可將直流變換成交流。

該型機(jī)的配電形式為混合配電方式，即一部分電功率從中央?yún)R流條直接傳輸給大功率用電設(shè)備，其余部分電功率傳輸?shù)截?fù)載匯流條，再?gòu)呢?fù)載匯流條向其他用電設(shè)備供電。

2 交直流供配電系統(tǒng)區(qū)域保護(hù)與故障分類

交直流配電系統(tǒng)的保護(hù)按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為劃分依據(jù)進(jìn)行劃分時(shí)，主要?jiǎng)澐譃?個(gè)部分即交流配電系統(tǒng)保護(hù)、變換區(qū)域保護(hù)、負(fù)載側(cè)保護(hù)以及直流配電系統(tǒng)保護(hù)[2]，以上4個(gè)區(qū)域的故障類型及非正常運(yùn)行可以概括為：

（1）交流配電系統(tǒng)保護(hù)。

該保護(hù)一般分為單相接地故障保護(hù)、兩相接地故障保護(hù)、兩相短路故障保護(hù)、三相短路故障保護(hù)等。另外還有操作不當(dāng)或負(fù)荷過重引起的過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)以及負(fù)載分布不均勻造成的三相不平衡等多種非正常運(yùn)行方式。

（2）變換區(qū)域保護(hù)。

變換區(qū)中使用的成品主要有靜止變流器和變壓整流器等成品。交直流配電系統(tǒng)的保護(hù)設(shè)計(jì)必須關(guān)注各個(gè)變換器涉及的范圍及作用。變換器自身帶有一定的保護(hù)功能，此外交直流配電系統(tǒng)也會(huì)針對(duì)變換器的保護(hù)提供備份保護(hù)，在整個(gè)直流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中不僅要考慮到變換器自身的保護(hù)動(dòng)作影響，也要考慮系統(tǒng)提供的保護(hù)的影響及兩者之間的相互影響和相互配合。

（3）直流配電系統(tǒng)保護(hù)

直流配電系統(tǒng)保護(hù)的核心內(nèi)容是針對(duì)發(fā)電機(jī)饋線的保護(hù)和配電匯流條的保護(hù)。直流配電系統(tǒng)的線路故障主要有斷路故障、匯流條接地故障等;以及直流配電系統(tǒng)的過電壓、欠電壓、反流、過流等故障。

（4）負(fù)載側(cè)保護(hù)

直流配電系統(tǒng)不僅要求可以承載直流負(fù)載，而且還要求可以承載通過DC/AC等設(shè)備接入的交流負(fù)載;同樣交流配電系統(tǒng)不僅要求可以承載交流負(fù)載，而且還要求可以承載通過AC/DC等設(shè)備接入的直流負(fù)載。負(fù)載側(cè)保護(hù)區(qū)域可能發(fā)生的故障有短路故障、過載保護(hù)等。

3 交直流供配電系統(tǒng)故障特性

3.1交流發(fā)電機(jī)故障上電

在正常工作時(shí)，左、右交流發(fā)電機(jī)向各自匯流條供電，匯流條連接接觸器處于斷開狀態(tài)，左、右發(fā)電機(jī)兩套系統(tǒng)獨(dú)立工作。一旦一套交流電源發(fā)生故障，通過控制匯流條連接接觸器吸合，從而使另一套交流電源向全機(jī)交流負(fù)載供電，其中以右發(fā)交流發(fā)電機(jī)故障時(shí)為例，見圖2所示：此時(shí)左交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的115VAC 400HZ交流電經(jīng)匯流條接觸器到達(dá)右發(fā)交流匯流條給右發(fā)交流匯流條上的負(fù)載供電。

3.2左/右發(fā)直流發(fā)電機(jī)故障上電

在正常工作時(shí)，左、右直流發(fā)電機(jī)向各自匯流條供電，匯流條連接接觸器處于斷開狀態(tài)，左、右發(fā)電機(jī)兩套系統(tǒng)獨(dú)立工作。一旦一套直流電源發(fā)生故障，通過控制匯流條連接接觸器吸合，從而使另一套直流電源向全機(jī)直流負(fù)載供電;若兩臺(tái)直流發(fā)電機(jī)及蓄電池均出現(xiàn)故障，此時(shí)需通過115V AC 400HZ交流匯流條經(jīng)變壓整流器AC/DC轉(zhuǎn)換為直流電，轉(zhuǎn)換過程見圖3所示：此時(shí)115V AC 400HZ右主交流匯流條到達(dá)變壓整流器，當(dāng)BPCU檢測(cè)到28VDC匯流條電壓低于低于12V時(shí)，BPCU可以自動(dòng)控制變壓整流器投入工作向直流匯流條提供28VDC供電，此時(shí)28VDC直流匯流條由變壓整流器供電。

4 結(jié)束語(yǔ)

交直流供配電系統(tǒng)在故障時(shí)存在不同的故障保護(hù)類型，當(dāng)相應(yīng)的故障出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的保護(hù)機(jī)制。在配置直流保護(hù)時(shí)，應(yīng)充分考慮到保護(hù)與控制二者之間的相互配合，保證系統(tǒng)安全達(dá)到最優(yōu)。保護(hù)設(shè)備和控制設(shè)備二者之間通過相互傳遞保護(hù)與控制信息，保證交直流供配電系統(tǒng)的安全，提高交直流供配電系統(tǒng)的供電安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]沈頌華.航空航天器供電系統(tǒng)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005年.

[2]劉虎，李俊剛，冀娟，張艷華.直流配電系統(tǒng)故障研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2018，12（36）：77-80.