某型机交直流供配电系统故障研究

郭世旭 蔡蕊 徐霄翔

摘要：本文通过分析某型机的交直流配电系统中包括了交流供电方式和直流供电方式，详细列举了直流配电系统和交流配电系统的故障类型和保护区域的划分，描述了直流配电系统和交流配电系统的故障特性。通过分析表明合理设置保护设备和控制设备二者之间的控制策略，可保证交直流供配电系统的安全，提高交直流供配电系统的供电安全性。

关键词：交流供配电;直流供配电;故障;保护机制

0引言

直升机配电系统应能将电能可靠而有效地输送到各用电系统和设备的输入端。配电系统包括汇流条及控制装置和电路保护装置。电源系统将电功率输送到主汇流条或主接触器，由主接触器和主汇流条组成的供电中心;配电系统将主汇流条的电功率通过控制装置和电路保护装置输送到各级汇流条。对于重要的系统或设备还应有多路的独立供电措施，以保证达到供电余度要求;同时还要求当配电系统中发生局部性的故障，不能扩大而影响到未发生故障的部分，更不能危及飞机的安全。

1 交直流配电系统概述

交直流配电形式包括集中配电、混合配电、分散配电和独立配电4种方式[1]。供电系统运行方式分为转换供电、并联供电和分组并联供电：转换供电运行方式是指主电源在正常运行时为单台发电机独立向汇流条供电，当某个发电机发生故障时，该汇流条转换到其他正常运行的发电机供电;并联供电方式是指主电源在正常运行时，飞机上所有主发电机并联后向机上负载供电，当某个发电机故障时，机上用电设备可以仍然由其他发电机供电;分组并联供电运行方式是指主电源在正常运行时，发电机分两组并联，在两组并联系统之间采用转换供电运行方式。

直流供配电系统按照电压等级的不同分为两种：低压直流和高压直流，该型机为低压直流配电系统。交流供配电系统为115V AC 400HZ恒频交流电源。按照通过图1可以看到该型机交直流配电网的典型结构，其中：①AC G1为左交流发电机、②AC G2为右交流发电机、③AC GCU1为左交流发电机控制器、④AC GCU2为右交流发电机控制器、⑤AC EPU为交流地面电源、⑥BPCU为发电机控制器、⑦TRU1为左变压整流器、⑧TRU2为右变压整流器、⑨DC G3为左蓄电池、⑩DC G4为右蓄电池电源、 DC GCU1为1号直流发电机控制器、 DC G1为1号直流发电机、 DC GCU2为2号直流发电机控制器、 DC G2为2号直流发电机、 DC EPU为直流地面电源。

直流供配电系统包括了2台起动发电机组成的直流电源主系统和2组蓄电池组成的应急电源系统。直流电源系统可以从4个不同的电源供电：直流起动发电机供电;蓄电池组供电;经地面电源插座由地面电源供电;经变压整流器由交流发电机供电。交流供配电系统包括了2台交流发电机组成的115V三相交流电源主系统和经地面电源插座由地面电源供电。交流供配电系统可以从2个不同的电源供电：交流发电机;经地面电源插座由地面电源供电。在供配电系统中接入AC/DC变换器即可将直流变换成交流。

该型机的配电形式为混合配电方式，即一部分电功率从中央汇流条直接传输给大功率用电设备，其余部分电功率传输到负载汇流条，再从负载汇流条向其他用电设备供电。

2 交直流供配电系统区域保护与故障分类

交直流配电系统的保护按系统的结构为划分依据进行划分时，主要划分为4个部分即交流配电系统保护、变换区域保护、负载侧保护以及直流配电系统保护[2]，以上4个区域的故障类型及非正常运行可以概括为：

（1）交流配电系统保护。

该保护一般分为单相接地故障保护、两相接地故障保护、两相短路故障保护、三相短路故障保护等。另外还有操作不当或负荷过重引起的过压保护、欠压保护以及负载分布不均匀造成的三相不平衡等多种非正常运行方式。

（2）变换区域保护。

变换区中使用的成品主要有静止变流器和变压整流器等成品。交直流配电系统的保护设计必须关注各个变换器涉及的范围及作用。变换器自身带有一定的保护功能，此外交直流配电系统也会针对变换器的保护提供备份保护，在整个直流系统的设计中不仅要考虑到变换器自身的保护动作影响，也要考虑系统提供的保护的影响及两者之间的相互影响和相互配合。

（3）直流配电系统保护

直流配电系统保护的核心内容是针对发电机馈线的保护和配电汇流条的保护。直流配电系统的线路故障主要有断路故障、汇流条接地故障等;以及直流配电系统的过电压、欠电压、反流、过流等故障。

（4）负载侧保护

直流配电系统不仅要求可以承载直流负载，而且还要求可以承载通过DC/AC等设备接入的交流负载;同样交流配电系统不仅要求可以承载交流负载，而且还要求可以承载通过AC/DC等设备接入的直流负载。负载侧保护区域可能发生的故障有短路故障、过载保护等。

3 交直流供配电系统故障特性

3.1交流发电机故障上电

在正常工作时，左、右交流发电机向各自汇流条供电，汇流条连接接触器处于断开状态，左、右发电机两套系统独立工作。一旦一套交流电源发生故障，通过控制汇流条连接接触器吸合，从而使另一套交流电源向全机交流负载供电，其中以右发交流发电机故障时为例，见图2所示：此时左交流发电机发出的115VAC 400HZ交流电经汇流条接触器到达右发交流汇流条给右发交流汇流条上的负载供电。

3.2左/右发直流发电机故障上电

在正常工作时，左、右直流发电机向各自汇流条供电，汇流条连接接触器处于断开状态，左、右发电机两套系统独立工作。一旦一套直流电源发生故障，通过控制汇流条连接接触器吸合，从而使另一套直流电源向全机直流负载供电;若两台直流发电机及蓄电池均出现故障，此时需通过115V AC 400HZ交流汇流条经变压整流器AC/DC转换为直流电，转换过程见图3所示：此时115V AC 400HZ右主交流汇流条到达变压整流器，当BPCU检测到28VDC汇流条电压低于低于12V时，BPCU可以自动控制变压整流器投入工作向直流汇流条提供28VDC供电，此时28VDC直流汇流条由变压整流器供电。

4 结束语

交直流供配电系统在故障时存在不同的故障保护类型，当相应的故障出现时，应产生相应的保护机制。在配置直流保护时，应充分考虑到保护与控制二者之間的相互配合，保证系统安全达到最优。保护设备和控制设备二者之间通过相互传递保护与控制信息，保证交直流供配电系统的安全，提高交直流供配电系统的供电安全性。

参考文献

[1]沈颂华.航空航天器供电系统[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005年.

[2]刘虎，李俊刚，冀娟，张艳华.直流配电系统故障研究[J].数字技术与应用，2018，12（36）：77-80.