PW1100G 發(fā)動(dòng)機(jī)火警環(huán)路不正常接地引發(fā)故障的原理淺析

■ 陳嘉奇/北京飛機(jī)維修工程有限公司杭州分公司

0 引言

某航司在排除PW1100G 發(fā)動(dòng)機(jī)火警環(huán)路故障時(shí)發(fā)現(xiàn)，在火警環(huán)路總阻值滿足手冊(cè)要求的情況下，環(huán)路不正常接地依舊會(huì)觸發(fā)火警環(huán)路故障。為了弄清不正常接地引發(fā)火警環(huán)路故障的原理，本文采用數(shù)學(xué)建模的方法，以系統(tǒng)當(dāng)量阻值和火警探測(cè)計(jì)算機(jī)探測(cè)電壓為研究對(duì)象，對(duì)PW1100G 發(fā)動(dòng)機(jī)火警環(huán)路不正常接地引發(fā)故障的原理進(jìn)行計(jì)算和分析。幫助維護(hù)人員更好地理解故障產(chǎn)生的原理，從而迅速判斷故障源。

1 理論基礎(chǔ)

1.1 PW1100G 發(fā)動(dòng)機(jī)火警環(huán)路

PW1100G 發(fā)動(dòng)機(jī)火警環(huán)路主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)的火警探測(cè)。如圖1 所示，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)有兩條火警環(huán)路，每條火警環(huán)路由三段火警探測(cè)元件（核心段、吊架段、AGB 段）和若干線纜組成。當(dāng)探測(cè)元件感受到高溫時(shí)，會(huì)旁通探測(cè)元件內(nèi)部電阻，從而改變火警探測(cè)計(jì)算機(jī)（FDU）的探測(cè)電壓，當(dāng)電壓達(dá)到火警門(mén)檻值時(shí)計(jì)算機(jī)判定為火警。正常情況下只有當(dāng)單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的兩條火警環(huán)路同時(shí)探測(cè)到火警時(shí)，系統(tǒng)才判定為真實(shí)火警。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)火警系統(tǒng)示意圖

1.2 PW1100G 發(fā)動(dòng)機(jī)火警環(huán)路故障邏輯

火警探測(cè)計(jì)算機(jī)設(shè)定了三個(gè)探測(cè)電壓門(mén)檻值，如圖2 所示，正常情況下雙通道探測(cè)電壓均大于門(mén)檻值1 小于門(mén)檻值2，當(dāng)雙通道探測(cè)電壓均大于門(mén)檻值3 或當(dāng)一個(gè)通道故障而另一個(gè)通道的探測(cè)電壓大于門(mén)檻值3 時(shí)，系統(tǒng)判定為火警。其余不正常情況均判定為火警環(huán)路故障。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)火警系統(tǒng)故障觸發(fā)邏輯

火警環(huán)路的故障可以根據(jù)不同的故障原因分成以下兩類。

1）完整性故障（開(kāi)路故障）：當(dāng)計(jì)算機(jī)感受到探測(cè)電壓小于門(mén)檻值1 時(shí)觸發(fā)，故障主要由環(huán)路連接部件松脫、線纜斷路、探測(cè)原件內(nèi)部斷路等原因引起。

2）環(huán)路阻值異常降低故障：當(dāng)計(jì)算機(jī)感受到探測(cè)電壓大于門(mén)檻值2 小于門(mén)檻值3 時(shí)，或單通道探測(cè)電壓大于門(mén)檻值3而另一通道電壓正常時(shí)，均判定為環(huán)路阻值異常降低故障。可能造成這一故障的原因有探測(cè)元件短路、探測(cè)元件內(nèi)部電阻下降等。

上述兩類故障均是由于環(huán)路總阻值發(fā)生了變化而引發(fā)的，可以通過(guò)測(cè)量環(huán)路總阻值來(lái)確認(rèn)。每個(gè)探測(cè)元件在設(shè)計(jì)時(shí)都賦予了不同的阻值，便于排故過(guò)程中迅速定位故障元件。然而實(shí)際排故過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)環(huán)路總阻值符合手冊(cè)要求，但環(huán)路發(fā)生不正常接地時(shí)，火警探測(cè)計(jì)算機(jī)依然會(huì)獲得異常探測(cè)電壓，進(jìn)而判定為系統(tǒng)故障。

2 PW1100G 發(fā)動(dòng)機(jī)火警環(huán)路不正常接地情況下的探測(cè)電壓變化

2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)化和假設(shè)

為了探究環(huán)路不正常接地對(duì)探測(cè)電壓的影響，將單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的單通道火警環(huán)路系統(tǒng)簡(jiǎn)化為圖3。其中，V0為FDU 28V 輸入電壓恒定不變，R1、R2、R3分別為三個(gè)探測(cè)元件的內(nèi)部電阻，在此只討論環(huán)路不正常接地對(duì)探測(cè)電壓的影響，因此設(shè)定R1、R2、R3為定值。假定FDU 內(nèi)部電路不隨外部電壓變化而變化，且真實(shí)探測(cè)電壓與圖3 中VX電壓成正比，故將FDU 內(nèi)部電阻簡(jiǎn)化為一個(gè)等效輸出電阻R0和一個(gè)等效探測(cè)電阻R4，且R0和R4為定值。將VX定義為探測(cè)電壓，則

圖3 單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)火警系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖

2.2 線路短路

當(dāng)火警探測(cè)環(huán)路中除探測(cè)元件以外的線路發(fā)生接地時(shí)（見(jiàn)圖4），無(wú)論接地點(diǎn)出現(xiàn)在探測(cè)元件上游還是下游，探測(cè)電壓VX均與地等勢(shì)，即Vx=0。故計(jì)算機(jī)判定為完整性故障（開(kāi)路故障）。

圖4 單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)火警系統(tǒng)線路接地簡(jiǎn)化圖

2.3 測(cè)量元件短路

當(dāng)火警探測(cè)環(huán)路中探測(cè)元件內(nèi)部發(fā)生接地時(shí)（見(jiàn)圖5），以R1電阻中間接地為例，將R1電阻在接地點(diǎn)處分開(kāi)，分別記做R1X和R1Y，此時(shí)的探測(cè)電壓記作V′X。通過(guò)分析和計(jì)算可得到

圖5 單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)火警系統(tǒng)探測(cè)元件內(nèi)部接地簡(jiǎn)化圖

由于表達(dá)式中R0、R1X、R1Y、R1、R2、R3、R4、V0均為正數(shù)，故分母為正數(shù)，V差的正負(fù)只與分子相關(guān)。將V差的分子部分記作V′差，經(jīng)計(jì)算

從表達(dá)式可以看出V′差各項(xiàng)均為正數(shù)，V′差為正數(shù)。即V差為正數(shù)。故VX>V′X。當(dāng)V′X小于門(mén)檻值1 時(shí)，系統(tǒng)表現(xiàn)為完整性故障（開(kāi)路故障）。

2.4 小結(jié)

從上述分析中可以看出，無(wú)論是環(huán)路系統(tǒng)中的線路接地或者探測(cè)元件內(nèi)部接地，都會(huì)導(dǎo)致探測(cè)電壓VX的下降。區(qū)別在于，當(dāng)線路發(fā)生接地時(shí)，探測(cè)電壓VX必定為零，從而必定觸發(fā)完整性故障（開(kāi)路故障）；而當(dāng)探測(cè)元件內(nèi)部發(fā)生接地時(shí)，以R1電阻中間接地為例，VX的值與R0、R1X、R1Y、R1、R2、R3、R4、V0相關(guān)，其中R0、R1、R2、R3、R4、V0均為系統(tǒng)固有數(shù)值，不作為變量考慮。故VX的值與R1X和R1Y的值相關(guān)，即VX的值與探測(cè)元件接地點(diǎn)位置相關(guān)。當(dāng)VX小于門(mén)檻值1時(shí)系統(tǒng)觸發(fā)完整性故障（開(kāi)路故障），否則系統(tǒng)依然判定正常。

3 基于不正常接地情況分析的故障源判斷

由上述分析可以看出，當(dāng)環(huán)路系統(tǒng)發(fā)生不正常接地時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)線路接地和探測(cè)元件內(nèi)部接地的故障表現(xiàn)并不完全相同，可以通過(guò)測(cè)量環(huán)路對(duì)地阻值快速判斷故障源。

以ENG 1 LOOP A 為例，當(dāng)懷疑火警環(huán)路不正常接地時(shí)，分別測(cè)量FDU 1 A 插頭上J、K釘對(duì)地的阻值。正常情況下J、K 對(duì)地絕緣。如果J、K 對(duì)地阻值出現(xiàn)一端趨向于零而另一端等于環(huán)路正常阻值的情況，則可考慮線路接地；如發(fā)現(xiàn)J、K 對(duì)地均有阻值且不趨向于零，則可考慮探測(cè)元件內(nèi)部接地。

對(duì)于探測(cè)元件內(nèi)部不正常接地的情況，單單測(cè)量FDU 1 A 插頭上J、K 釘對(duì)地的阻值只能判斷環(huán)路系統(tǒng)中存在探測(cè)元件接地的情況，無(wú)法準(zhǔn)確定位到故障元件，還需要單獨(dú)測(cè)量單個(gè)探測(cè)元件的對(duì)地阻值，才能準(zhǔn)確定位故障元件。

考慮到施工的便利性，如圖6 所示，可以選擇斷開(kāi)電插頭452VC，將核心機(jī)段和AGB段探測(cè)元件從環(huán)路系統(tǒng)中斷開(kāi)。此時(shí)通過(guò)測(cè)量FDU 1 A 插頭上J、K 釘對(duì)地的阻值，可以判斷吊架段環(huán)路是否接地。對(duì)于核心機(jī)段或AGB 段探測(cè)元件，可以分別測(cè)量電插頭452VC 上釘1、2 和3、4 的對(duì)地阻值，進(jìn)一步確認(rèn)核心機(jī)段和AGB 段是否存在接地情況。

圖6 A320neo（PW1100G）左發(fā)火警環(huán)路A線路簡(jiǎn)圖

4 總結(jié)

本文從實(shí)際排故工作出發(fā)，利用數(shù)學(xué)建模的方法，對(duì)PW1100G 發(fā)動(dòng)機(jī)火警環(huán)路系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化并構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，分別計(jì)算各種狀態(tài)下的探測(cè)電壓，并通過(guò)對(duì)各狀態(tài)下測(cè)量電壓的分析和比較得出兩點(diǎn)結(jié)論。

結(jié)論一：當(dāng)環(huán)路系統(tǒng)發(fā)生不正常接地時(shí)，無(wú)論是線路接地還是探測(cè)元件接地，都會(huì)導(dǎo)致探測(cè)電壓降低，當(dāng)探測(cè)電壓低于門(mén)限值1 時(shí)會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)警告。

結(jié)論二：當(dāng)系統(tǒng)線路接地時(shí)，探測(cè)電壓一定接近于零；當(dāng)探測(cè)元件接地時(shí)，探測(cè)電壓的高低與接地點(diǎn)位置有關(guān)。

對(duì)結(jié)論二進(jìn)行延伸，從FDU 電插頭端分別測(cè)量環(huán)路兩端的對(duì)地電阻，當(dāng)一端阻值趨向于零而另一端等于環(huán)路正常阻值時(shí)，可判定系統(tǒng)發(fā)生了線路接地；當(dāng)兩端對(duì)地均有阻值且不趨向于零時(shí)，可判定為探測(cè)元件接地。當(dāng)發(fā)生探測(cè)元件接地時(shí)，可以通過(guò)斷開(kāi)電插頭的方式，將核心段和AGB 段的探測(cè)元件從環(huán)路系統(tǒng)中剝離，從而進(jìn)一步確認(rèn)故障源。