救援絞車的故障分析

矯秀華

摘要：救助飛行隊目前S-76C+直升機安裝由GOODRICH生產的電動、可變速絞車，絞車工作正常與否直接關系到救助的性質和范圍。本文通過對絞車的具體故障進行分析，明確故障原因以及以后工作中需注意的問題。

關鍵詞：絞車;電壓;AC供電;發電機控制組件

0 ?引言

在人命救助過程中，如果周邊的救助環境不利于直升機降落，比如山地、海上，直升機上絞車手會通過操縱鋼索收放將遇險人員從被困地救助到直升機上，從而運到安全的地面，完成人員轉運，因此救援絞車在直升機救助尤其是海上人命救助中發揮了重要的作用。

1 ?故障現象

一段時間內，安裝在S-76C+救援直升機的件號為42325-12-4救援絞車在兩架直升機上先后多次出現絞車冒火、燒焦異味等情況（其中一架直升機出現1次，另一架直升機出現3次）。具體如下：①2016年4月9日，第一架直升機進行夜航訓練，絞車手在起飛前的絞車操作檢查時，從絞車通風口處發現絞車內部有火花出現，并聞到燒焦味道，飛行員立即關車，機務人員打開絞車蓋板檢查，發現絞車電機附近的濾波器周圍有明顯的燒焦痕跡，并聞到明顯的燒焦味道，未發現其他部位有異常。②2017年1月24日，第二架直升機在飛行訓練前地面開車檢查絞車時，絞車手聞到明顯的燒焦味道，后經機務人員檢查發現，該直升機的絞車也同樣出現了絞車濾波器燒焦的痕跡，并在周圍有膠狀物，當時懷疑為清潔鋼索的油脂或者電阻內部的溶液。③2017年4月12日，在飛行訓練開車過程中，第二架直升機更換絞車后再次出現絞車故障，具體為在駕駛艙超控時絞車發出糊味。經檢查發現，絞車的濾波器也同樣出現了燒焦的痕跡。④2017年4月20日，在地面開車后進行絞車測試時，第二架直升機更換絞車后再一次出現絞車燒焦異味，絞車手在后艙操縱絞車時聞到異味，前艙超控時又有味，并且越來越大，飛行員立即關車。機務人員隨后打開蓋板發現異常，并有刺激性氣味。

在此過程中，機務人員多次檢查直升機和絞車的線路，地面開車檢查直升機的輸出電壓，并將檢查結果和絞車故障現象與絞車廠家聯系，廠家初步認為該故障為絞車自身故障，與直升機線路無關，要求將絞車返廠修理。

故障發生時段均發生在直升機地面開車（兩臺DC發電機上線，AC發電機上線），絞車手操縱絞車進行例行檢查時，并且飛行員反映直升機地面開車均按照SOP（標準工作程序）進行的，故障發生時，駕駛艙顯示一切正常，無警告和異常。

2 ?排故分析

絞車故障發生后，經過分析可能造成該故障的原因較多，匯總如下：①絞車內部部件短路。在日常清水沖洗直升機時可能有水進入，或者潤滑鋼索的滑油進入等未知因素，造成部件短路。但是該類型絞車安裝在直升機運行十多年，一直用水沖洗直升機，用滑油潤滑絞車鋼索，從未發生這種情況，只在近1年出現，基本排除洗直升機、潤滑鋼索導致，因此，懷疑最近返修的絞車內部防水有問題。針對這種懷疑，決定在找到原因之前，規定不再用水直接沖洗絞車，且每次潤滑鋼索結束后，將鋼索附近的滑油清潔干凈。②絞車修理質量有問題。由于在燒毀的絞車中，有新返廠送修回來的絞車，該絞車有間隙性收放的問題，因此對絞車維修單位的維修質量持一定的懷疑態度，并且就這個問題已聯系絞車廠家和絞車維修單位，希望協助找出原因和解決措施。③絞車老舊，不排除部件老化造成性能降低。但是其中燒毀的絞車有的是新件。④直升機供電電壓存在問題，造成過壓等燒毀元器件。由于廠家之前初步認定與直升機電壓沒有關系，使機務人員的排故重點放在絞車質量問題上，但是最后一次出現的故障絞車在其他直升機上正常使用，安裝到該直升機上后立即出現故障，讓我們的排故思路不再局限于絞車本身質量問題，而是與絞車相關的供電系統。因此將故障主要原因定位在直升機的供電系統上。

3 ?系統工作原理

3.1 絞車用電分析

該類型救援絞車輸入電源為28V直流電，直流電來源于以下幾個方面：在地面上，僅使用地面電源車給直升機供電時，絞車使用的是地面電源車供給的直流電。當直升機兩臺DC（直流）發電機正常工作，AC發電機不工作時，絞車使用的是DC發電機供給的直流電。當AC發電機正常工作時，絞車使用的是AC發電機輸出的交流電經整流轉換后的直流電。

為檢查直升機電壓確認故障原因，根據思路分兩部分進行：①地面僅接地面電源，分別測量直升機供電電壓（不接絞車、接絞車、操縱絞車三種情況），此時絞車用電來自于地面電源車提供的直流電。②地面開車，AC發電機正常工作，分別測量直升機給電電壓（不接絞車、接絞車、操縱絞車三種情況），此時絞車電源為AC發電機輸出的交流電整流轉換的直流電。第一架發生絞車故障的直升機，在排故中已經發現絞車輸入的電壓偏高，但經聯系廠家，初步認定是絞車的問題，因此未進一步跟蹤供電情況，但在后續由于進行了其他的AC發電機系統排故更換了AC發電機，因此該故障在第一架直升機上僅出現了1次，后面沒有再出現過絞車故障;發生3次絞車故障的第二架直升機經電壓測量，與目前使用正常的其他直升機的電壓進行比較，如表1，發現故障直升機絞車輸入電壓偏高，監控AC發電機輸出電壓發現，電壓波動厲害，最高至126V，但過程中駕駛艙并未出現AC GEN警告。

3.2 直升機AC發電機供電系統

S-76C+直升機AC發電機供電系統主要部件為AC發電機、AC發電機控制組件（GCU）、繼電器以及負載。主要為風擋加溫系統、發動機防冰系統、絞車供電，以及作為直升機交流電源負載的供電備份。

AC發電機是由主減驅動的無刷自勵磁發電機，負責輸出200/115V，400HZ（370-430HZ正常）三相交流電。

AC發電機控制組件負責電壓調節、發電機保護和負載保護等，負載保護電路負責過壓，欠壓和欠頻的監控保護，發電機保護電路負責饋電故障和過流保護。

當AC發電機輸出超限時，AC發電機控制組件負責采取切斷勵磁、AC發電機下線來保護發電機和負載。

根據S-76C+維護手冊要求，當AC發電機輸出電壓從115VAC到120±1.5VAC，大約2秒;電壓從115VAC到135±0.1VAC，大約140-230百萬秒，就會啟動過壓保護機制。但實際情況是當AC輸出電壓超過限制時，保護機制未正常啟動。

3.3 絞車內部設置EMI濾波器

絞車內部在電源進線處加入EMI濾波器（Electromagnetic Interference簡稱EMI），它是一種低通濾波器，作用是允許設備正常工作時的信號進入設備，而對高頻的干擾信號有較大的阻礙作用。通常由串聯電抗器和并聯電容器組成。在選擇和使用EMI濾波器時，考慮最主要的特性參數是額定電壓、額定電流等。額定電壓是EMI電源濾波器用在指定電源頻率時的工作電壓，也是濾波器最高允許的電壓值，當輸入電壓過高，就會使內部電容器損壞。

4 ?故障結論

在故障絞車的送修報告中也提到，絞車濾波器燒毀并且有過流現象。因此目前主要任務是排除AC輸出電壓不穩定并電壓超限的問題。

上文提到，AC發電機供電系統主要部件為AC發電機、AC發電機控制組件和繼電器，根據分析，該故障與繼電器沒有關系，因此目前排故思路在確認AC發電機和AC發電機控制組件的正常與否上。

根據故障現象，AC發電機的輸出電壓，在超出正常電壓時并未出現駕駛艙警告，基本可以確定AC發電機控制組件故障，未能實現監控保護功能。為確認AC發電機工作正常與否，采用串件的方式進行了確認，將AC發電機安裝到正常工作的直升機上后，地面開車檢查發現，AC發電機輸出電壓頻率穩定在正常工作范圍內，在打開絞車進行操縱時，參數依然穩定，因此確認AC發電機工作正常。為確認AC發電機控制組件故障，同時防止繼續燒毀其他絞車，在故障確認時，負載仍然使用燒毀的絞車，根據故障初步認定AC發電機控制保護功能失效，在AC發電機工作正常的情況下，串件安裝該GCU不會有更嚴重的后果，因此將該控制組件安裝到正常工作的直升機上后，地面開車檢查發現，AC發電機電壓波動厲害，比之前的測量數值惡化嚴重，并且依然沒有出現任何AC警告。檢查絞車濾波器輸出電壓發現，輸出電壓偏高。詳情如表2。

最終確認AC發電機控制組件電壓調節功能失效、過壓監控功能失效，致使AC發電機輸出電壓過高，未觸發負載保護機制，造成絞車濾波器燒毀，在更換AC發電機控制組件后，該直升機運行2年來未出現該故障。

為防止類似事件在此發生，要求飛行員在使用絞車過程時額外關注AC發電機電壓，當出現過高電壓或者電壓不穩定時，立即停止使用絞車，防止絞車燒毀。

5 ?經驗總結

此次故障歷時1年，由于廠家技術支持不到位，先后造成4次絞車返廠維修，由于絞車返廠維修周期長，費用高，對機務維修工作以及救助值班造成極大壓力，同時也對機務人員以后的排故工作提供了經驗教訓。由于電源系統故障的特殊性，燒毀擊穿部件的不可逆性，以后再遇到類似電源故障時，謹慎進行故障排除，做好前期的電路分析和預想，否則易造成極大的財產和停場時間損失。

參考文獻：

[1]黃河清.電源EMI濾波器研究[J].西安.西安電子科技大學，2009.

[2]Sikorsky， S-76C/C+/C++maintenance manual，R32，Jun31/17.

[3]Goodrich， component maintenance manual part number 42325-12， R13，Dec15/08.