飛機(jī)維修機(jī)庫中頻電源供電系統(tǒng)分析

王 燁

(中國(guó)航空國(guó)際建設(shè)投資有限公司, 北京 100120)

0 引 言

在民用飛機(jī)上,多電飛機(jī)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用,是航空發(fā)展的必然趨勢(shì)。多電飛機(jī)就是用電能代替集中式的液壓能源和氣壓能源,使各種二次能源統(tǒng)一為電能。通常多電飛機(jī)電源系統(tǒng)由主電源系統(tǒng)、輔助電源系統(tǒng)、應(yīng)急電源系統(tǒng)、二次電源系統(tǒng)和地面電源系統(tǒng)組成。飛機(jī)在地面通電檢查、起動(dòng)以及設(shè)備維護(hù)時(shí)需115/200 V、400 Hz制式的外部供電電源[1]。目前,民用機(jī)場(chǎng)通常配置90～180 kVA功率等級(jí)的外部電源以滿足飛機(jī)供電要求[2-3]。

400 Hz中頻電源的供電方案可采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式供電或并聯(lián)式集中供電。本文對(duì)這兩種供電方案進(jìn)行分析。

1 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式供電

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式供電結(jié)構(gòu)的中頻電源和供電點(diǎn)一一對(duì)應(yīng),點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式供電方案單線圖如圖1所示。目前業(yè)內(nèi)提供的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式供電方案中,取消中頻電源分配柜和壓降補(bǔ)償器(LDC),一臺(tái)90 kVA電源對(duì)應(yīng)一個(gè)插頭輸出,設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔,無被動(dòng)元件,不為其他因素影響,可實(shí)現(xiàn)“即插即用”[4-7]。

圖1 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式供電方案單線圖

中頻電源和為其供電的工頻配電箱宜優(yōu)先放在就近的專用房間內(nèi),當(dāng)機(jī)房面積緊張時(shí),也可在機(jī)庫大廳內(nèi)就近地井設(shè)置,選擇的位置不應(yīng)影響飛機(jī)進(jìn)出。

根據(jù)規(guī)范要求,飛機(jī)庫內(nèi)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分應(yīng)符合下列規(guī)定:飛機(jī)停放和維修區(qū)地面以下與地面相通的地溝、地坑及與其相通的地下區(qū)域?yàn)楸ㄎｋU(xiǎn)區(qū)域1區(qū);飛機(jī)停放和維修區(qū)及與其相通而無隔斷的地面區(qū)域,其空間高度到地面上0.5 m處,及飛機(jī)停放和維修區(qū)內(nèi)距飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)或飛機(jī)油箱水平距離1.5 m,并從地面上向上延伸到機(jī)翼和發(fā)動(dòng)機(jī)外殼表面上方1.5 m處為爆炸危險(xiǎn)區(qū)域2區(qū);除上述1區(qū)和2區(qū)以外的區(qū)域?yàn)闊o危險(xiǎn)區(qū)。一般情況下,機(jī)庫大廳內(nèi)的工頻配電箱和中頻電源下方設(shè)置不低于0.5 m高的設(shè)備基礎(chǔ),以保證電氣元件安裝在無危險(xiǎn)區(qū)。中頻電源輸出電纜通過電纜槽盒或地下管道連到固定的地井中,從地井引出帶插頭電纜與飛機(jī)相連。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式供電效果如圖2所示。

圖2 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式供電效果

2 并聯(lián)式集中供電

2.1 并聯(lián)式集中供電的工作原理

并聯(lián)式集中供電方案的中頻電源輸出端并聯(lián),形成大功率集中供電系統(tǒng)。通過分配柜為各地井供電,并通過壓降補(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)各路的線纜壓降補(bǔ)償,保證飛機(jī)端的供電品質(zhì)滿足需求。

系統(tǒng)支持多臺(tái)并機(jī),并機(jī)時(shí)不需要設(shè)置主從機(jī),先啟動(dòng)的電源為主機(jī),后啟動(dòng)的為從機(jī)。智能管理下,可根據(jù)負(fù)載的實(shí)際需求功率大小或用電地井飛機(jī)的數(shù)量自動(dòng)啟動(dòng)或停止N臺(tái)中頻電源,并能平均分配負(fù)載電源。當(dāng)一臺(tái)中頻電源出故障,該電源自動(dòng)脫離系統(tǒng),進(jìn)行維護(hù),而其他設(shè)備能保持正常運(yùn)行,維持系統(tǒng)的正常工作,從而提高供電可靠性。

2.2 中頻電源數(shù)量和輸出控制

中頻電源的數(shù)量與同時(shí)使用的地井?dāng)?shù)量以及中頻電源的單機(jī)容量有關(guān),同時(shí)使用的地井?dāng)?shù)量乘以每個(gè)地井所需的容量即為中頻電源的總?cè)萘俊Ｖ蓄l電源的總?cè)萘砍灾蓄l電源的單機(jī)容量并取整即為中頻電源的數(shù)量。假設(shè)機(jī)庫內(nèi)設(shè)置4個(gè)地井,每個(gè)地井所需的容量為90 kVA計(jì)算,同時(shí)使用系數(shù)為0.5,則設(shè)置2臺(tái)單機(jī)容量為90 kVA的中頻電源即可。集中式供電單線圖如圖3所示。

圖3 集中式供電單線圖

集中式供電方案需考慮中頻電源的輸出控制系統(tǒng),做到無人值班。當(dāng)沒有地井使用時(shí),不僅各個(gè)地井的中頻輸出不帶電,而且中頻電源也應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)啟用某個(gè)地井時(shí),應(yīng)能自動(dòng)啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的中頻電源,并接通對(duì)應(yīng)的輸出回路。如果中頻電源配置的容量和臺(tái)數(shù)可以滿足地井同時(shí)工作的要求,則控制線路比較簡(jiǎn)單,否則應(yīng)考慮各地井輸出回路之間的聯(lián)鎖措施,即同時(shí)使用的地井達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的數(shù)量時(shí),為了防止中頻電源過負(fù)荷,應(yīng)自動(dòng)限定后續(xù)回路的輸出。當(dāng)先前使用的地井退出使用后,應(yīng)能自動(dòng)接通后續(xù)回路的輸出,為了方便機(jī)務(wù)人員對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)的了解,在地井適當(dāng)位置設(shè)置一個(gè)信號(hào)顯示裝置,以便顯示系統(tǒng)處于“閉鎖”或“開放”狀態(tài)。

集中式供電方案需設(shè)置專用的中頻電源間,預(yù)留中頻電源安裝空間及檢修通道。由于室內(nèi)環(huán)境密閉,中頻電源發(fā)熱量較大,一般還需要布置空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)。中頻電源間平面布置及地溝剖面如圖4所示。并聯(lián)式集中供電效果如圖5所示。

圖4 中頻電源間平面布置及地溝剖面圖

圖5 并聯(lián)式集中供電效果

3 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式和集中式供電系統(tǒng)方案對(duì)比

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式供電方案適用于電氣源地井點(diǎn)位少,機(jī)房面積緊張的場(chǎng)所。各供電端之間相互影響小,配置靈活,可為不同型號(hào)飛機(jī)提供相應(yīng)功率等級(jí)的電力,電源可靈活布置,就近地井或通過移動(dòng)式就近為飛機(jī)供電,最大程度減少中頻輸出電纜的長(zhǎng)度。設(shè)備故障時(shí),故障排查容易、效率高,如有需要,可利用備用設(shè)備直接進(jìn)行替換。

單臺(tái)中頻電源存在故障的可能性較高,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式供電將導(dǎo)致中頻電源的供電可靠性降低,當(dāng)一臺(tái)中頻電源發(fā)生故障時(shí),所供電的地井將無法使用。當(dāng)?shù)鼐當(dāng)?shù)量較多時(shí),點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方案存在中頻電源數(shù)量多,設(shè)備使用率低的問題,造成工頻電力系統(tǒng)容量浪費(fèi),增加設(shè)備購(gòu)置和維護(hù)成本。在機(jī)庫大廳設(shè)置中頻電源的通風(fēng)降溫環(huán)境較好,但相對(duì)的工頻配電箱和中頻電源的防水、防塵能力應(yīng)提高。機(jī)庫大廳內(nèi)0.5 m以下為機(jī)庫爆炸性氣體危險(xiǎn)區(qū)域,工頻配電箱和中頻電源需抬高基礎(chǔ)或設(shè)備箱體內(nèi)0.5 m以下不應(yīng)安裝電氣設(shè)備,對(duì)機(jī)庫運(yùn)行和中頻電源操作維修帶來不利影響。中頻專用電纜及埋管長(zhǎng)度減少,但相對(duì)的220/380 V工頻電纜長(zhǎng)度增加,埋管路由非集中敷設(shè),不易于施工。

并聯(lián)式集中供電方案主要應(yīng)用于停靠大量飛機(jī),可集中供電的場(chǎng)所。通過中頻電源的冗余,有效地提高供電可靠性,故障電源可單獨(dú)退出系統(tǒng),進(jìn)行維護(hù),系統(tǒng)繼續(xù)工作。電源既可以單機(jī)工作,也可以并機(jī)工作,提升供電系統(tǒng)的性價(jià)比和靈活性。各電源均可作為主機(jī),延長(zhǎng)電源的使用壽命。

并聯(lián)時(shí)最大控制難點(diǎn)在于各逆變器之間流動(dòng)的并聯(lián)“環(huán)流”。并聯(lián)環(huán)流的存在不僅浪費(fèi)電能,還可能危及并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性,因此對(duì)系統(tǒng)技術(shù)水要求高。2個(gè)中頻電源并聯(lián)應(yīng)滿足同頻率、同幅值、同相位的限制條件,需要采用并聯(lián)控制來保證各單元之間具有相同的輸出電壓幅值,同時(shí)還要保證相位上的一致,即電壓瞬時(shí)值相同,以達(dá)到消除環(huán)流的目的。2臺(tái)中頻電源并聯(lián)時(shí)一定會(huì)存在環(huán)流,只要環(huán)流控制允許范圍內(nèi)就可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)中頻電源廠家測(cè)算,一般90 kVA電源,并聯(lián)環(huán)流控制在10 A以下,180 kVA電源并聯(lián)環(huán)流控制在15 A以下,即可保證電源正常運(yùn)行。此外,中頻電源各單元之間需要通信連線,不利于實(shí)現(xiàn)冗余系統(tǒng),又會(huì)引入各種干擾,降低系統(tǒng)可靠性。集中式供電需要設(shè)置中頻電源間,要挖基坑,室內(nèi)要布置插座、燈光照明、空調(diào)風(fēng)機(jī)等配套設(shè)施。

4 結(jié) 語

400 Hz航空地面電源在維修機(jī)庫中應(yīng)用廣泛,電氣設(shè)計(jì)時(shí)如何選擇合適的供電方案,做到供電系統(tǒng)安全可靠、節(jié)約投資、減少能耗、管理方便,需要設(shè)計(jì)人員經(jīng)過綜合比較后才能確定。