某型機交直流供配電系統故障研究

郭世旭 蔡蕊 徐霄翔

摘要：本文通過分析某型機的交直流配電系統中包括了交流供電方式和直流供電方式，詳細列舉了直流配電系統和交流配電系統的故障類型和保護區域的劃分，描述了直流配電系統和交流配電系統的故障特性。通過分析表明合理設置保護設備和控制設備二者之間的控制策略，可保證交直流供配電系統的安全，提高交直流供配電系統的供電安全性。

關鍵詞：交流供配電;直流供配電;故障;保護機制

0引言

直升機配電系統應能將電能可靠而有效地輸送到各用電系統和設備的輸入端。配電系統包括匯流條及控制裝置和電路保護裝置。電源系統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;配電系統將主匯流條的電功率通過控制裝置和電路保護裝置輸送到各級匯流條。對于重要的系統或設備還應有多路的獨立供電措施，以保證達到供電余度要求;同時還要求當配電系統中發生局部性的故障，不能擴大而影響到未發生故障的部分，更不能危及飛機的安全。

1 交直流配電系統概述

交直流配電形式包括集中配電、混合配電、分散配電和獨立配電4種方式[1]。供電系統運行方式分為轉換供電、并聯供電和分組并聯供電：轉換供電運行方式是指主電源在正常運行時為單臺發電機獨立向匯流條供電，當某個發電機發生故障時，該匯流條轉換到其他正常運行的發電機供電;并聯供電方式是指主電源在正常運行時，飛機上所有主發電機并聯后向機上負載供電，當某個發電機故障時，機上用電設備可以仍然由其他發電機供電;分組并聯供電運行方式是指主電源在正常運行時，發電機分兩組并聯，在兩組并聯系統之間采用轉換供電運行方式。

直流供配電系統按照電壓等級的不同分為兩種：低壓直流和高壓直流，該型機為低壓直流配電系統。交流供配電系統為115V AC 400HZ恒頻交流電源。按照通過圖1可以看到該型機交直流配電網的典型結構，其中：①AC G1為左交流發電機、②AC G2為右交流發電機、③AC GCU1為左交流發電機控制器、④AC GCU2為右交流發電機控制器、⑤AC EPU為交流地面電源、⑥BPCU為發電機控制器、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號直流發電機控制器、 DC G1為1號直流發電機、 DC GCU2為2號直流發電機控制器、 DC G2為2號直流發電機、 DC EPU為直流地面電源。

直流供配電系統包括了2臺起動發電機組成的直流電源主系統和2組蓄電池組成的應急電源系統。直流電源系統可以從4個不同的電源供電：直流起動發電機供電;蓄電池組供電;經地面電源插座由地面電源供電;經變壓整流器由交流發電機供電。交流供配電系統包括了2臺交流發電機組成的115V三相交流電源主系統和經地面電源插座由地面電源供電。交流供配電系統可以從2個不同的電源供電：交流發電機;經地面電源插座由地面電源供電。在供配電系統中接入AC/DC變換器即可將直流變換成交流。

該型機的配電形式為混合配電方式，即一部分電功率從中央匯流條直接傳輸給大功率用電設備，其余部分電功率傳輸到負載匯流條，再從負載匯流條向其他用電設備供電。

2 交直流供配電系統區域保護與故障分類

交直流配電系統的保護按系統的結構為劃分依據進行劃分時，主要劃分為4個部分即交流配電系統保護、變換區域保護、負載側保護以及直流配電系統保護[2]，以上4個區域的故障類型及非正常運行可以概括為：

（1）交流配電系統保護。

該保護一般分為單相接地故障保護、兩相接地故障保護、兩相短路故障保護、三相短路故障保護等。另外還有操作不當或負荷過重引起的過壓保護、欠壓保護以及負載分布不均勻造成的三相不平衡等多種非正常運行方式。

（2）變換區域保護。

變換區中使用的成品主要有靜止變流器和變壓整流器等成品。交直流配電系統的保護設計必須關注各個變換器涉及的范圍及作用。變換器自身帶有一定的保護功能，此外交直流配電系統也會針對變換器的保護提供備份保護，在整個直流系統的設計中不僅要考慮到變換器自身的保護動作影響，也要考慮系統提供的保護的影響及兩者之間的相互影響和相互配合。

（3）直流配電系統保護

直流配電系統保護的核心內容是針對發電機饋線的保護和配電匯流條的保護。直流配電系統的線路故障主要有斷路故障、匯流條接地故障等;以及直流配電系統的過電壓、欠電壓、反流、過流等故障。

（4）負載側保護

直流配電系統不僅要求可以承載直流負載，而且還要求可以承載通過DC/AC等設備接入的交流負載;同樣交流配電系統不僅要求可以承載交流負載，而且還要求可以承載通過AC/DC等設備接入的直流負載。負載側保護區域可能發生的故障有短路故障、過載保護等。

3 交直流供配電系統故障特性

3.1交流發電機故障上電

在正常工作時，左、右交流發電機向各自匯流條供電，匯流條連接接觸器處于斷開狀態，左、右發電機兩套系統獨立工作。一旦一套交流電源發生故障，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交流負載供電，其中以右發交流發電機故障時為例，見圖2所示：此時左交流發電機發出的115VAC 400HZ交流電經匯流條接觸器到達右發交流匯流條給右發交流匯流條上的負載供電。

3.2左/右發直流發電機故障上電

在正常工作時，左、右直流發電機向各自匯流條供電，匯流條連接接觸器處于斷開狀態，左、右發電機兩套系統獨立工作。一旦一套直流電源發生故障，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直流負載供電;若兩臺直流發電機及蓄電池均出現故障，此時需通過115V AC 400HZ交流匯流條經變壓整流器AC/DC轉換為直流電，轉換過程見圖3所示：此時115V AC 400HZ右主交流匯流條到達變壓整流器，當BPCU檢測到28VDC匯流條電壓低于低于12V時，BPCU可以自動控制變壓整流器投入工作向直流匯流條提供28VDC供電，此時28VDC直流匯流條由變壓整流器供電。

4 結束語

交直流供配電系統在故障時存在不同的故障保護類型，當相應的故障出現時，應產生相應的保護機制。在配置直流保護時，應充分考慮到保護與控制二者之間的相互配合，保證系統安全達到最優。保護設備和控制設備二者之間通過相互傳遞保護與控制信息，保證交直流供配電系統的安全，提高交直流供配電系統的供電安全性。

參考文獻

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

[2]劉虎，李俊剛，冀娟，張艷華.直流配電系統故障研究[J].數字技術與應用，2018，12（36）：77-80.