波音787飛機自動變壓整流組件接觸器（ATRUC）保護性跳開分析

張仁杰 潘鋒達

摘要：以一起波音787飛機自動變壓整流組件接觸器（ATRUC）保護性跳開的故障為例，分析了波音787飛機大功率用電部件的供電原理和自動變壓整流組件接觸器的跳開邏輯，并對排故方案進行了優(yōu)化。

關鍵詞：自動變壓整流組件接觸器；通用馬達起動控制器；客艙空氣壓縮機；保護性跳開；故障分析

Keywords：ATRUC；CMSC；CAC；protective-trip；failure analysis

1 故障描述

一架波音787飛機在啟動發(fā)動機后出現多條狀態(tài)信息，涉及氮氣發(fā)生系統(tǒng)（NGS）、液壓泵、客艙空氣壓縮機、發(fā)動機和APU起動系統(tǒng)以及電源高壓直流系統(tǒng)等，其中“ELEC HVDC SYS R2”為不允許放行的狀態(tài)信息，飛機拖回機位排故。進一步檢查發(fā)現R2 ATRUC接觸器跳開，閉合該接觸器后，多條狀態(tài)信息消失，飛機繼續(xù)執(zhí)行航班，但數天后相同的故障現象再次出現，最終更換右2客艙空氣壓縮機，故障得以徹底排除。該故障為間歇性出現，且涉及的系統(tǒng)和部件較多，排故工作難度較大。

飛機出現的相關狀態(tài)信息頁面如圖1所示，維護控制頁面顯示的R2 ATRUC接觸器跳開如圖2所示。

2 波音787高壓直流電源系統(tǒng)工作原理

發(fā)動機工作時，APU起動發(fā)電機（ASG）和發(fā)動機變頻起動發(fā)電機（VFSG）為飛機的235V交流匯流條供電，通過發(fā)電機控制組件（GCU）控制ATRUC的通斷功能，從而控制通向自動變壓整流組件（ATRU）的電流，經過變壓整流后為270V直流匯流條供電，再通過8個通用電機起動控制器（CMSC）為下游的大功率用電部件供電，如圖3所示。圖3中藍框標注為本次跳開的R2 ATRUC，它為位于P800高壓直流電源面板的R2 ATRU供電。

3 故障分析

CMSC下游的主要用電部件如圖4所示，從圖中的藍色標注可以看出，R2 ATRUC下游有兩個CMSC和一個OJMC，兩個CMSC為右2客艙空氣壓縮機（CAC R2）、NGS系統(tǒng)、左液壓泵、發(fā)動機變頻起動發(fā)電機右2（VFSG R2）、APU起動發(fā)電機右（ASG R）提供電源，OJMC在一定條件下為燃油泵提供電源。在本案例中，當R2 ATRUC跳開后，上述用電部件因失去供電也觸發(fā)了狀態(tài)信息，這與當時飛機狀態(tài)頁面出現多條信息且涉及多個系統(tǒng)的現象相吻合。

ATRUC控制邏輯如圖5所示，飛機接通電源后，ATRUC正常在閉合狀態(tài)。當特定情況發(fā)生時，GCU可驅動ATRUC跳開，特定情況有以下三種：

1）GCU接收來自CMSC的跳開指令信號，可驅動ATRUC跳開；

2）GCU接收來自BPCU的OPEN/CLOSE ATRUC指令信號；

3）電源負載控制組件（ELCU_P）根據電流互感信號，在信號異常時可給GCU一個ATRUC保護性跳開的指令。

4 排故過程

參考波音排故手冊，對相關部件如ATRU、ATRUC、ELCU保護卡、P800高壓直流電源面板等進行檢查和隔離，對相關線路進行絕緣電阻檢查，未發(fā)現排故手冊中提及的各部件有燒蝕或故障的情況，也排除了因線路短路造成接觸器跳開的可能，即未找到實質性的故障根源。

分析波音787電源系統(tǒng)原理和ATRUC的跳開邏輯，對故障發(fā)生時的ATRU下游部件的電流參數進行譯碼（見圖6）。分析譯碼數據，發(fā)現當R2 CAC CMSC從驅動右沖壓風扇（R RAF）的模式向驅動右2客艙空氣壓縮機（R2 CAC）的工作模式轉換后，該CMSC的三相電流值在啟動階段有較大的起伏，且輸出不穩(wěn)定，直到R2 ATRUC斷開，CMSC也進入故障保護下的STBY模式（見圖7），而同時段其他CMSC的電流卻輸出平穩(wěn)。由此，初步懷疑是R2 CAC CMSC控制的環(huán)境控制系統(tǒng)（ECS）部件及其邏輯保護功能出現問題，導致ATRUC跳開。

根據譯碼分析結果，對R2 CAC CMSC下游部件進行針對性檢查，最終發(fā)現右2客艙空氣壓縮機（R2 CAC）的轉子葉片和機匣內壁相磨（見圖8），測量CAC轉子的轉動力矩已超出手冊標準，判斷R2 CAC運轉有卡滯，導致電源負載劇烈波動并產生了瞬時大負載，從而導致上游R2 ATRUC保護性跳開。更換R2 CAC后，通過后續(xù)信息監(jiān)控和譯碼分析證實故障徹底排除。

5 排故建議

1）在波音787飛機針對ATRUC保護性跳開的故障隔離手冊中，提到的可能故障部件包括ATRU、ATRUC、ELCU保護卡、P800高壓直流電源面板和P200發(fā)電機電源面板等，但未提及ATRUC下游的CMSC和CAC等部件，本案例分析從理論和實踐的角度論證了CMSC及其下游部件故障也可能導致接觸器保護性跳開，可作為排故工作的一項補充措施。當出現故障時可以結合譯碼分析手段，對下游部件的供電情況進行邏輯判斷并進行針對性檢查，以避免誤換件和未徹底排除故障。

2）對CAC、RAM等使用氣動軸承的高轉子部件進行狀態(tài)監(jiān)控，可采用定期目視檢查及測量轉子轉矩等維護手段，捕捉這類部件因轉軸偏轉導致的刮邊、轉矩增大等性能衰退跡象，在其徹底失效之前進行預防性維修工作，以維護系統(tǒng)的可靠性，保障航班的正點率。

參考文獻

[1]波音公司. B787故障隔離手冊FIM[Z].

[2]波音公司. B787飛機維護手冊AMM[Z].

[3]波音公司. B787系統(tǒng)原理圖手冊SYNO [Z].