淺談橋載設(shè)備替代飛機(jī)APU在廈門(mén)機(jī)場(chǎng)中的應(yīng)用

黃森巖

（廈門(mén)兆翔物業(yè)服務(wù)有限公司，福建 廈門(mén) 361006）

如機(jī)場(chǎng)登機(jī)橋無(wú)安裝橋載設(shè)備，在夏季及冬季時(shí)，往往開(kāi)啟飛機(jī)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)APU來(lái)給飛機(jī)提供空調(diào)服務(wù)。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)：飛機(jī)在開(kāi)啟APU時(shí)的產(chǎn)生的噪聲達(dá)到120分貝，而消耗每千克航油產(chǎn)生3.18kg的二氧化碳。一般情況下，一架C類飛機(jī)停靠登機(jī)橋時(shí)間為45～60min左右，產(chǎn)生的污染排放及油耗是顯而易見(jiàn)的。同時(shí)，會(huì)降低APU的使用壽命及增加航材的維護(hù)成本。因此，飛機(jī)在停靠登機(jī)橋時(shí)造成飛機(jī)尾氣排放增加，同時(shí)飛機(jī)噪聲很大，給飛機(jī)下作業(yè)的航空地面服務(wù)人員造成很大的健康隱患，也給機(jī)場(chǎng)周圍的環(huán)境造成很大的影響。

1 橋載電源設(shè)備選型

廈門(mén)機(jī)場(chǎng)增加橋載設(shè)備將極大地改變了現(xiàn)有飛機(jī)停靠登機(jī)橋開(kāi)啟飛機(jī)APU工作的局面，極大地改變了飛機(jī)停靠時(shí)產(chǎn)生的噪聲對(duì)機(jī)場(chǎng)周圍的環(huán)境影響嚴(yán)重的局面，據(jù)相關(guān)C、E類飛機(jī)資料統(tǒng)計(jì)；飛機(jī)在開(kāi)啟APU時(shí)的產(chǎn)生的噪聲達(dá)到90分貝以上，開(kāi)啟APU時(shí)消耗航油為155kg/h。而消耗每千克航油產(chǎn)生3.18kg的二氧化碳。以此推算；飛機(jī)停靠登機(jī)橋時(shí)開(kāi)啟APU，會(huì)產(chǎn)生493kg/h的二氧化碳。按2019年廈門(mén)機(jī)場(chǎng)高峰日起降420架次，停靠廊橋的飛機(jī)180架次，每架次停靠時(shí)間45～60min計(jì)算，則高峰日廈門(mén)機(jī)場(chǎng)飛機(jī)使用APU，二氧化碳總排放量約98.7t/日，排放數(shù)據(jù)驚人。因此改用橋載設(shè)備替代APU，既能創(chuàng)造廈門(mén)機(jī)場(chǎng)因減少飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放及噪聲污染的良好環(huán)境，又節(jié)省飛機(jī)的航空燃油，還會(huì)增加APU的使用壽命，降低航材的維護(hù)成本。提升了航空公司的節(jié)約成本的能力，使廈門(mén)機(jī)場(chǎng)與航空公司共同完成國(guó)家要求的節(jié)能減排的目標(biāo)任務(wù)，更好提升廈門(mén)綠色機(jī)場(chǎng)的形象。如何選用適合廈門(mén)機(jī)場(chǎng)運(yùn)行特點(diǎn)的靜變電源顯得非常重要，以下是要考慮的幾點(diǎn)要素：

首先從飛機(jī)結(jié)構(gòu)本身因素原因，飛機(jī)機(jī)載發(fā)電機(jī)制造要求既要重量輕、體積小，還要實(shí)現(xiàn)大功率輸出，只有提高頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)功率需求，因此飛機(jī)上的空調(diào)、照明等都采用電壓為115V、頻率400Hz。其次為適應(yīng)飛機(jī)對(duì)電的需求橋載設(shè)備也應(yīng)選擇相應(yīng)電壓為115V、頻率400Hz，使飛機(jī)可以平穩(wěn)轉(zhuǎn)換使用。再次飛機(jī)靜變電源是可與各機(jī)型匹配，通過(guò)飛機(jī)外部電源通用接口為機(jī)載電源系統(tǒng)提供115V、400Hz AC的中頻電源。最后除以上基本選型因素外還有目前適用的電源有兩款解決方案：分體式橋載電源與一體式橋載電源。分體式橋載電源為主電源和飛機(jī)專用電纜收放裝置組合而成。并且通常電源主機(jī)和飛機(jī)專用電纜收放裝置是兩個(gè)設(shè)備為不同廠家生產(chǎn)，兩個(gè)設(shè)備之間通信采用開(kāi)關(guān)量信號(hào)，通信信息有限，在某一部分出現(xiàn)故障時(shí)通常是無(wú)故障信息反饋，無(wú)法確定故障是由哪一部分引起，影響維修和使用效率；分體式電源組合式安裝較為繁瑣，兩部分都需要支架并在登機(jī)橋上取安裝點(diǎn)，除需吊裝點(diǎn)進(jìn)行載荷計(jì)算外，兩部分支架需要分開(kāi)設(shè)計(jì)，安裝難度較大；分體式重量也比一體式重約20%。另外通過(guò)分體式橋載電源與橋載電源一體機(jī)的工作原理、機(jī)坪運(yùn)行環(huán)境因素綜合研究發(fā)現(xiàn)可以將橋載電源設(shè)備電源盒電纜放置在一起，將兩部分設(shè)備整合一起是可以實(shí)現(xiàn)的。橋載電源設(shè)備一體機(jī)摒棄了分體式靜變電源裝置的多部件復(fù)雜安裝與維護(hù)，同時(shí)省去了電源主機(jī)和飛機(jī)專用電纜收放裝置現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的重要環(huán)節(jié)。實(shí)現(xiàn)了節(jié)省空間和人力、簡(jiǎn)化操作、降低成本等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，重量輕，體積小，安裝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。并且根據(jù)廈門(mén)機(jī)場(chǎng)目前登機(jī)橋設(shè)備狀態(tài)，老舊登機(jī)橋設(shè)備較多，登機(jī)橋載荷能力較弱，選擇一體式橋載設(shè)備更符合廈門(mén)機(jī)場(chǎng)的實(shí)際需求。

2 橋載電源設(shè)備原理分析和功能介紹

橋載電源設(shè)備一體機(jī)的基本原理圖，輸入濾波器對(duì)瞬時(shí)變化起到了保護(hù)作用。在濾波之后的三相轉(zhuǎn)換成六相，然后傳送到一個(gè)不需調(diào)節(jié)的12位脈沖全橋式整流。12位脈沖整流器，變壓器和輸入濾波器的聯(lián)合作用是確保諧波返回輸入回路最小，從而降低對(duì)輸入回路的影響（例如：無(wú)輸入污染、畸變等）。12位脈沖整流器另外的一個(gè)作用是實(shí)現(xiàn)軟驅(qū)啟動(dòng)功能，這樣可以限制輸入的沖擊電流，使逆變器的輸入電流為正常的輸入電流。濾波后的直流電壓通過(guò)逆變器后，產(chǎn)生一個(gè)經(jīng)過(guò)調(diào)幅和低諧波含量的三相400Hz的電源。逆變技術(shù)是一種脈寬調(diào)制（SV-PWM）領(lǐng)域中先進(jìn)的PWM技術(shù)。SV-PWM系統(tǒng)為逆變器提供非常快速的動(dòng)態(tài)性能和很低的電壓畸變。絕緣變壓器起到保護(hù)分離主體設(shè)備和400Hz輸出。電源輸出每一相可以單獨(dú)調(diào)整。這樣可以確保在飛機(jī)插頭處每相電壓的精確，即便較大的不平衡負(fù)載或者長(zhǎng)距離的電纜。輸出電壓的諧波含量通過(guò)輸出濾波后進(jìn)一步降低，總諧波含量小于2%。處理模塊由一個(gè)微型控制器和一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）一同調(diào)節(jié)，并且診斷監(jiān)控外部和內(nèi)部錯(cuò)誤。在正常的操作過(guò)程中，當(dāng)靜變電源連接到輸入電源時(shí)，處理模塊就會(huì)不斷地通過(guò)一個(gè)自檢程序檢查全部?jī)?nèi)部功能。如果一個(gè)內(nèi)部或者外部錯(cuò)誤被檢測(cè)到，顯示器就會(huì)顯示出這個(gè)錯(cuò)誤。所有在關(guān)機(jī)時(shí)與這個(gè)錯(cuò)誤有關(guān)的瞬時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)器可以儲(chǔ)存1000種錯(cuò)誤形式。

（1）12脈沖變壓器/DC/AC模塊。12脈沖變壓器將3相輸入電源變?yōu)?相。6相通過(guò)12-脈二極管全橋整流。整流器由6個(gè)半導(dǎo)體閘流管/二極管模塊組成，其中3個(gè)安裝在DC/AC模型上，3個(gè)安裝在DC/AC模型下的散熱器上。12-脈沖整流器、12-脈沖變壓器及輸入濾波電感的混合意味幾乎沒(méi)有諧波返回到輸入回路.（也就是沒(méi)有輸入電路/畸變）。12-脈沖整流器也通過(guò)逐步打開(kāi)二極管的導(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。這樣來(lái)講，通過(guò)低通濾波的電容器使輸入電流被限制為低于靜變電源正常電流值。在操作過(guò)程中，二極管的導(dǎo)通角全部打開(kāi)，整流器橋是不需要調(diào)整的6相整流器一樣工作。12-脈沖整流器系統(tǒng)的特征為正弦曲線電流，功率因數(shù)大于0.96。這意味著減少對(duì)輸入網(wǎng)絡(luò)和變壓器輸出的影響。DC濾波減少DC電壓的波動(dòng)，從12-脈沖整流器輸出，不會(huì)影響任何明顯輸出電壓模塊的水平。在感性負(fù)載中，濾波器的電容儲(chǔ)能提供了部分由于感抗引起的電流，意味著靜變電源外部視在功率（kVA）可能大于消耗功率。由于DC電壓不需要調(diào)整，靜變電源的逆變器產(chǎn)生400Hz可調(diào)幅電壓。電壓的振幅調(diào)整通過(guò)空間向量脈沖寬度調(diào)制實(shí)現(xiàn)。這使得靜變電源在發(fā)生負(fù)載或輸入回路出現(xiàn)變化時(shí)具有良好的動(dòng)態(tài)特性。IGBT-晶體管作為開(kāi)關(guān)使用。晶體管限制電壓為1200V。除此之外，晶體管可以在輸出短路或靜變電源喪失功能時(shí)處理電流。短路可以通過(guò)電流傳感器測(cè)量逆變器內(nèi)部電流檢測(cè)并通過(guò)快速停止而加以保護(hù)。模塊裝有門(mén)控，對(duì)晶體管產(chǎn)生必須的開(kāi)啟信號(hào)。

（2）處理器模塊。DC-DC轉(zhuǎn)化為內(nèi)部供應(yīng)電壓±5、12和17VDC。微控制器，I/O控制、參數(shù)控制和通過(guò)顯示器與聯(lián)絡(luò)。數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）處理輸出電壓、電壓和電流測(cè)量、RMS-值和平均值的計(jì)算，以及功率損耗的調(diào)整。

（3）逆變模塊。逆變模塊由整流和逆變兩個(gè)部分組成。具體包括整流器和直流濾波電容以及由一組三相逆變器和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電路板(PCB)組成。三相逆變器可以生成一個(gè)具有低諧波的三相400Hz電壓系統(tǒng)，然而驅(qū)動(dòng)電路板則用于控制可控硅/IGBTs，從而完成整流和逆變過(guò)程。直流濾波電容的電壓監(jiān)測(cè)同樣在驅(qū)動(dòng)板上。

（4）遠(yuǎn)程控制模塊-顯示模塊&控制板（A3/A4）顯示模塊（A3）包括日常運(yùn)行（啟動(dòng)、停止、電纜收放、狀態(tài)顯示等功能）、參數(shù)設(shè)置、用電記錄和警報(bào)等四個(gè)界面，通過(guò)按動(dòng)左右箭頭即可切換幾種模式。此外，由于現(xiàn)實(shí)模塊是基于RS485的通訊功能，我們可以把顯示模塊放在距離400Hz電源設(shè)備一公里內(nèi)的任何地方。除薄膜按鍵之外，遠(yuǎn)程控制模塊還裝配了一個(gè)緊急停止按鈕。

3 常見(jiàn)故障維修及維修技巧

如果出現(xiàn)故障/警告，最后記錄的故障信息會(huì)自動(dòng)在顯示器上顯示。如果由于一些原因，沒(méi)有出現(xiàn)這種情況，可以在記錄中查找顯示最后的記錄故障。在大多數(shù)情況下，顯示的文字或故障代碼為修復(fù)故障提供了必要的信息。在嘗試任何其他方法前，建議至少對(duì)靜變電源進(jìn)行一次復(fù)位/重啟，因?yàn)椋绻收鲜怯捎诋惓Ｐ曰蚺c外部條件有關(guān)，則其不是永久性的。如果發(fā)現(xiàn)/記錄東西故障是由于內(nèi)部損壞，則這種損壞是修復(fù)的關(guān)鍵問(wèn)題。這種損壞是通過(guò)廣泛的常規(guī)檢查發(fā)現(xiàn)的，并在復(fù)位時(shí)尋找出來(lái)。如果故障在復(fù)位后仍然存在，則需要對(duì)靜變電源進(jìn)行修復(fù)和檢查，要注意：電容器會(huì)保持危險(xiǎn)的充電電壓。放電時(shí)間為5min，斷電后達(dá)到放電時(shí)間后才可進(jìn)行維修操作。有的模塊所包括的印刷電路板對(duì)ESD較為敏感。

主要故障如下：

（1）變頻器故障：檢查主輸入電壓VFD電壓是否在170～265V；檢查供電輸出線路是否短路、電機(jī)供電電線出錯(cuò)；檢查輸出電流值是否過(guò)高，電位計(jì)的調(diào)整范圍ACC/DEC：1.5s；檢查電纜卷筒電機(jī)是否過(guò)載，檢查限位開(kāi)關(guān)S5-S7是否動(dòng)作；檢查模擬輸入信號(hào)是否丟失，AIOFFSET應(yīng)為OFF狀態(tài)。

（2）電纜卷筒故障：卷繞在運(yùn)行超時(shí)后，在連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)45s后才能停止卷繞，而在一個(gè)正常完整的卷繞是40s，超時(shí)的卷繞認(rèn)為是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)出錯(cuò)，可能的原因是由過(guò)冷或電纜受阻造成電纜卷繞受阻或減慢、限位開(kāi)關(guān)失調(diào)或失效、電機(jī)控制按鈕或線路的失效、電機(jī)或減速器的失效；就應(yīng)更換相應(yīng)的設(shè)備配件。

（3）內(nèi)部DC供應(yīng)電壓故障：嘗試重新啟動(dòng)靜變電源。如果重啟后故障依然存在，嘗試下列步驟：測(cè)量輸入電壓，如果不在限制范圍內(nèi)要進(jìn)行修改并重啟靜變電源。更換Aux.模塊（A5）；更換處理器模塊（A1）。

（4）低壓輸出：電源終端的輸出電壓(相-中線)低于顯示的限制電壓。大多數(shù)的原因是來(lái)自外部的干擾，例如嚴(yán)重負(fù)載最終導(dǎo)致突然中斷。可能造成電流負(fù)荷增加超過(guò)限制電流。這種結(jié)果在因?yàn)殡娏飨拗剖闺妷狠敵鼋档汀］敵龇答伳K存在故障。電壓反饋模塊。處理模塊的存在故障。輸出濾波存在故障。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)民航行業(yè)節(jié)能減排規(guī)劃要求，把節(jié)約航油作為行業(yè)節(jié)能減排重點(diǎn)，對(duì)重點(diǎn)用能單位要嚴(yán)格依法管理，明確目標(biāo)措施，公布能耗狀況，強(qiáng)化監(jiān)督檢查。航空公司要利用先進(jìn)節(jié)油技術(shù)，優(yōu)化管理模式，降低各環(huán)節(jié)能源消耗。機(jī)場(chǎng)和空管要切實(shí)提高運(yùn)行管理效率，減少地面和空中燃油消耗和污染物排放。廈門(mén)機(jī)場(chǎng)航站樓橋載電源設(shè)備符合民航局節(jié)能減排的目標(biāo)，同時(shí)滿足“機(jī)場(chǎng)使用橋載設(shè)備替代飛機(jī)APU推廣工作”的條款內(nèi)容。社會(huì)效益顯著和經(jīng)濟(jì)效益巨大，對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)、對(duì)廈門(mén)創(chuàng)建綠色機(jī)場(chǎng)等方面有著重大的意義。建立健全科學(xué)管理制度，結(jié)合民航局即將頒發(fā)的《民用機(jī)場(chǎng)400Hz靜變電源及地面空調(diào)機(jī)組使用操作標(biāo)準(zhǔn)》，實(shí)現(xiàn)規(guī)范化管理，提高運(yùn)營(yíng)效率。建議廈門(mén)機(jī)場(chǎng)向各航空公司做好機(jī)場(chǎng)橋載電源設(shè)備替代飛機(jī)APU的宣傳貫徹工作，增加簽約使用橋載電源設(shè)備的航空公司數(shù)量，并且加強(qiáng)橋載設(shè)備保養(yǎng)，降低橋載電源設(shè)備的故障率，對(duì)于無(wú)意向簽約的航空公司安排至無(wú)橋載電源設(shè)備遠(yuǎn)機(jī)位，除在近機(jī)位安裝橋載電源設(shè)備外在遠(yuǎn)機(jī)位可以探索使用地井式橋載電源設(shè)備，將橋載電源設(shè)備的使用率控制在95%以上，落實(shí)民航《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》。