淺談波音787高壓直流匯流條掉電故障

摘要：波音787飛機高壓直流電源（HVDC）分配系統中公共馬達控制器（CMSC）故障多發，常引起上游自耦變壓整流器（ATRU）自動跳開，同時伴隨多條狀態信息出現，影響飛機放行。本文就最常見的由CMSC導致的高壓直流匯流條掉電情況進行分析，詳細介紹了故障源判斷方法，并給出了相應的解決方案。此外還對該故障的航線保留處理最佳實踐進行了探討，以縮短因故障保留造成的航班延誤時間。

關鍵詞：高壓直流電源；公共馬達控制器；自耦變壓整流器

Keywords：high voltage DC；common motor start controllers；autotransformer rectifier

0 引言

波音787飛機是波音公司當今最先進的機型，被稱作夢想飛機，除了采用大量復合材料外，787飛機的空調系統、冷卻系統和電器系統與傳統機型有很大不同，其中一個重要改變就是電器設備在更多系統的應用，傳統機型中諸如發動機引氣源、空調、液壓剎車等均由電氣設備來代替。因此，對于787飛機來說，24章電源系統的維護受到格外關注，地面維護人員的技術理念也應適應此變化。

1 系統介紹

787飛機有一個專用的高壓直流電源分配系統（HVDC），安裝在后電子設備（EE）艙電源面板內部。HVDC給馬達控制器（MC）供電，電源來自主235V交流AC分配系統、APU電瓶、后外地面電源插座等高壓供電設備，由電源冷卻系統（PECS）冷卻。

圖1所示為HVDC系統電路示意圖，4個自耦變壓整流器（ATRU）左一（L1）、左二（L2）、右一（R1）、右二（R2）分別連接4個高壓直流匯流條，ATRU將HVDC總線的三相、變頻235V交流電轉換為±270V直流電，為下游部件供電。每個高壓直流匯流條下游有3個MC，典型的如L1的連接有左一電動馬達驅動泵公共馬達控制器（L1 EMP CMSC）、左一客艙空氣壓縮機公共馬達控制器（L1 CAC CMSC）和沖壓風扇馬達控制器（RFMC）。

每個CMSC的功能并不一定單一，在特定的工作條件下可執行相關的特定功能，CMSC通常將±270V直流電壓用于連接馬達的運行。CMSC馬達的輸出和頻率控制馬達的轉矩和轉速，得到選擇的相關功能系統所需要的數據。例如，圖1中L1 CAC CMSC提供4路電源，分別是左一客艙空氣壓縮機（CAC L1）、左一發動機起動電源（ENG STRT POWER L1）、左側APU起動電源（APU STRT POWER L）以及左側沖壓風扇（RAM FAN L）。

HDVC的主要部件安裝在P700/ E5 RACK設備架和P800/E6 RACK設備架上。E5和E6設備架分別包含4個CMSC。CMSC在設備架上的安裝位置決定了CMSC的名稱和具有的功能（CMSC的件號如果一致，就可以互換）。

2 典型故障現象

某航空公司一架787-9飛機在發動機啟動后出現右液壓需求泵故障（HYD PUMP DEM R）信息，該信息為NO GO信息（不可放行），飛機滑回。圖2、圖3、圖4分別反映了當時駕駛艙的故障現象。

圖2的“狀態頁面”顯示有多個CMSC的功能狀態信息。根據圖5所示，L2 ATRU下游三個MC的相應狀態信息都在駕駛艙的狀態頁面上跳出，表明左二客艙空氣壓縮機公共馬達控制器（L2 CAC CMSC）、超控拋油泵馬達控制器（OJMC）、左二液壓泵公共馬達控制器（L2 EMP CMSC）三個部件都不工作。從圖3的“電源維護頁面”中得知，L2 CAC CMSC、L2 EMP CMSC輸出功率為0，并且左二270V高壓直流匯流條（270 DC BUS）不工作（OFF）。最后，通過圖4的“電源系統顯示控制頁面（ESIC）”確認，是左二自耦變壓整流器接觸器（L2 ATRUC）斷開造成的這種現象。

3 故障原因分析

結合故障信息顯示和對HVDC系統功能的分析，對故障的可能原因進行初步判斷。

1）如圖5所示，在發電機控制組件（GCU）、ATRU、CMSC之間有一條相互串聯的地線，如果接地功能因故障斷開，GCU就會斷開自耦變壓整流器接觸器（ATRUC），無法向ATRU供電。

2）在上述故障模式下，如果一個CMSC內部發生故障，可能觸發地線故障，將導致上游的高壓直流匯流條電壓不穩，從而跳開對應的L2 ATRUC，使相應的高壓直流匯流條斷電。L2 ATRU斷電將引起下游包括CMSC和OJMC在內的所有部件不工作，最終觸發多個部件的故障狀態信息和提示信息。這就是解釋了單個CMSC故障也會引起多個原本正常的MC功能失效的原因。接下來，需要從L2 ATRU下游三個斷電的MC尤其是CMSC中逐一判斷是哪個部件的故障觸發了地線斷路，從而導致上游ATRUC的斷電。

4 故障源的判斷與排除

首先恢復L2 ATRUC跳開關，進行相關CMSC系統測試。

由于初步判斷L2 CAC CMSC疑似故障，因此，交換安裝L2 CAC CMSC（疑似故障）和L1 EMP CMSC（完好件）。發現故障轉移，如圖6、圖7所示。系統顯示L1 EMP CMSC故障，串件前原本閉合狀態的L1 ATRU受故障CMSC影響而斷開，由此確定L2 CAC CMSC為故障件。復位后拆下并更換故障件L2 CAC CMSC，執行測試，故障消失。

5 HVDC系統掉電排故總結

5.1 XX HVDC BUS匯流條間歇性故障

進入ESIC頁面，循環復位XX ATRUC接觸器的跳開關。

ATRUC-L1：CK2435501 ATRUCL2：CK2435502；

ATRUC-R1：CK2435503 ATRUCR2：CK2435504；

如果故障信息消失，應長時間通電觀察。

5.2 MC組件失效故障

1）斷開/重置跳開關法：分別斷開XX ATRUC下游2～3個組件的跳開關（每次斷開一個組件的跳開關，然后重置一次ATRUC接觸器），當斷開某一組件的跳開關后ATRUC接觸器跳開關可以閉合，即證明該組件故障。

2）對串CMSC/RFMC隔離法：采用上述案例的排故方法，循環復位XX ATRUC接觸器的跳開關，如果故障信息未消除，則無法判斷故障CMSC/ RFMC，需根據狀態信息初步判斷出最有可能發生故障的CMSC/RFMC，然后對串CMSC/RFMC進行判斷。左右對串P700板和P800板上相應的部件，如果故障隨部件轉移，則說明被串的CMSC/ RFMC為故障件，可采取更換故障件或進行保留的措施。

5.3 RFMC短路或斷路故障

與CMSC故障的判斷一樣，RFMC短路或斷路故障可先根據維護信息的觸發時間來判斷具體是哪個部件發生了故障。RFMC的短路或斷路會產生多種故障模式，當維護信息無法判斷時，可以優先考慮更換RFMC。

6 快速處理外站故障保留放行的探討

外站飛機維護人員應具備清晰的排故思路及時間意識。尤其在判斷故障源時，應通過總結上述方法快速判斷出故障源，再對現場的工作條件及航站維修能力進行整體評估，以做出最有利于航班運行與兼顧飛行安全的決定。必須了解最低設備清單（MEL）對各CMSC的放行條件。根據MEL的要求，L2/R2 EMP CMSC不允許失效保留放行；L1/ R1 EMP CMSC和L/R RFMC只可以安裝失效放行工具保留放行（M項）；4個CAC CMSC均可被“失效”，僅需斷開跳開關或在極低可能性出現部件短路情況下，安裝失效放行工具放行（M項）。根據重要程度和M項工作量，建議優先選擇4個CAC CMSC作為備用串件源。

當飛機在外站短停時遇到L2/R2 EMP CMSC故障信息（不能放行），在隔離出故障組件后可能因為航材備件短缺和時間緊迫，為了最大限度地避免航班延誤，可以采取互串CMSC的方法解決。將故障CMSC串至其他允許失效放行并且M項工作量最少的位置，如串至4個CAC CMSC設備架上，待執行航班后回基地徹底排除，確保L2/R2 EMP CMSC在正常工作的前提下，失效的CAC CMSC空調在“降級”工作條件下仍可保證飛機正常運行的用電需求。

7 結束語

本文針對波音787飛機日常維護過程中高壓直流匯流條多次掉電故障進行了分析，從系統功能上分析了故障成因；從平時的維護實踐方面探討了判斷故障源的工作方法；從飛機維護操作上給出一些快速故障保留放行的技術建議。希望能為從事787飛機維護的同仁提供有價值的參考。

波音公司發布了升級到BP4.0的CMSC軟件，該升級增強了CMSC的自判斷邏輯，解決了因某個CMSC故障而頻繁斷開ATRUC的問題，HVDC系統的可靠性得到了較大提升，提高了飛機的運行可靠性。

參考文獻

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作者簡介

梅伯浩，技術員，現從事波音787飛機的航線維修工作。