飞机电源系统的控制与保护

飞机电源系统1第7章飞机电源系统的控制与保护飞机电源系统2一、交流电源的控制问题主要控制对象发电机励磁控制继电器(GCR)GCR：GeneratorControlRelay控制发电机励磁电路的接通与断开，决定发电机是否发电。发电机断路器(GB)(又称为发电机接触器GC或发电机控制断路器GCB)GB：GeneratorBreakerGC：GeneratorContactorGCB：GeneratorControlBreaker使发电机投入电网向发电机汇流条供电，即决定发电机是否输出功率。飞机电源系统外电源接触器(EPC)EPC：ExternalPowerContactor决定地面电源是否向机上电网供电。汇流条连接断路器(并联断电器)(BTB)BTB：BusTieBreaker将各发电机汇流条与连结汇流条（或同步汇流条）接通或断开，决定发电机是否并联供电或是发电机汇流条之间是否转换供电。辅助电源断路器(APB)APB：AuxiliaryPowerBreaker控制辅助电源与联接汇流条的通断，以决定是否由APU.G供电。飞机电源系统4控制保护装置的作用:人工或自动地接通、断开或转换上述开关装置。控制:主要是根据供电方式的需要及一定的逻辑关系，控制上述那些发电机和电网的开关元件，以完成发电机和电网主要汇流条的接通、断开或转换工作。保护:一般是在发电机或电网局部出现故障时，有选择性地自动断开某些开关装置，使故障部分与正常供电系统隔离，防止故障扩大，保证系统正常供电。飞机电源系统5控制保护装置的类型继电器型磁放大器型晶体管型飞机电源系统交流电源系统的故障及保护中的一般问题1.故障类型与保护项目过压（OV）低压（或欠压UV）馈线和发电机内部短路（差动电流保护DP）低频（或欠频UF）或欠速（UN）电压不稳定火警保护等等飞机电源系统2.对保护电路的基本要求（1）正确判断和隔离故障，尽量缩小切除部位，保证系统的生命力。（2）保护装置动作要准确及时，尽量不中断或少中断对用电设备的供电。（3）保护装置既不应该误动作也不应该拒动作。（4）保护装置应具有自检和记忆功能。误动作：在不应该动作时动作。拒动作：在应该动作时不动作。飞机电源系统8二、单独供电的控制关系Gen1Gen2APUGen1GB1APUGBGB2BTB2BTB1EPCBUS1BUS2外电源转换继电器1转换继电器2转换汇流条1转换汇流条2飞机电源系统91.地面外电源供电Gen1Gen2APUGen1GB1APUGBGB2BTB2BTB1EPCBUS1BUS2外电源转换继电器1转换继电器2转换汇流条1转换汇流条2飞机电源系统102.APU发电机供电Gen1Gen1APUGen1GB1APUGBGB2BTB2BTB1EPCBUS1BUS2外电源转换继电器1转换继电器2转换汇流条1转换汇流条2飞机电源系统113.主发电机供电Gen1Gen1APUGen1GB1APUGBGB2BTB2BTB1EPCBUS1BUS2外电源转换继电器1转换继电器2转换汇流条1转换汇流条2飞机电源系统124.故障状态Gen1Gen2APUGen1GB1APUGBGB2BTB2BTB1EPCBUS1BUS2外电源转换继电器1转换继电器2转换汇流条1转换汇流条2飞机电源系统13单独供电的控制特点对每一汇流条而言，任一时刻只能有一种电源供电，后者供电时前者自动断开不是连续供电，其供电可靠性较差（与并联供电相比）控制保护比较简单飞机电源系统14三、关联供电的控制关系Gen1Gen2Gen3Gen4GCB1GCB2GCB3GCB4BTB1BTB3BTB4BTB2EPC外电源负载汇流条同步汇流条飞机电源系统15关联供电的控制关系-并联Gen1Gen2Gen3Gen4GCB1GCB2GCB3GCB4BTB1BTB3BTB4BTB2EPC外电源负载汇流条同步汇流条飞机电源系统16故障状态1Gen1Gen2Gen3Gen4GCB1GCB2GCB3GCB4BTB1BTB3BTB4BTB2EPC外电源负载汇流条同步汇流条飞机电源系统17故障状态2Gen1Gen2Gen3Gen4GCB1GCB2GCB3GCB4BTB1BTB3BTB4BTB2EPC外电源负载汇流条同步汇流条飞机电源系统18单独供电与并联供电的混合状态Gen1Gen2Gen3Gen4GCB1GCB2GCB3GCB4BTB1BTB3BTB4BTB2EPC外电源负载汇流条同步汇流条飞机电源系统19并联供电的控制特点通过同步汇流条实现并联供电连续供电，供电可靠性高控制保护复杂飞机电源系统20（复习）控制与保护装置主要控制对象发电机励磁控制继电器(GCR)GCR：GeneratorControlRelay发电机断路器(GB)(又称为发电机接触器GC或发电机控制断路器GCB)GB：GeneratorBreakerGC：GeneratorContactorGCB：GeneratorControlBreaker汇流条连接断路器(又称并联断电器)(BTB)BTB：BusTieBreaker外电源接触器(EPC)EPC：ExternalPowerContactor飞机电源系统21四、主要控制的逻辑关系飞机电源系统22（一）GCR的动作逻辑及控制闭合断开GCR(BTB)或故障信号GCR.S(BTB.S)闭GCR.S(BTB.S)断GCR的动作逻辑飞机电源系统23GCR的控制电路飞机电源系统24GCR的控制电路飞机电源系统25（二）GB的动作逻辑及控制电路闭合断开GB或GB.S断发电机欠速外电源接入GCR断GB.S闭外电源断发电机正常GCR闭或汇流条无电压自动并联与飞机电源系统26GCB/BTB内部结构示意图飞机电源系统27GCB通/断控制电路飞机电源系统28（三）BTB及其控制电路断路器控制示意图飞机电源系统29BTB断开/闭合驱动电路飞机电源系统30(四)EPC及其控制控制逻辑飞机电源系统31EPC的控制电路飞机电源系统32EPC结构飞机电源系统33(五)APB及其控制控制逻辑飞机电源系统34电源系统频率故障及其保护定义：发电机输出电压的频率超过规定值一定时间原因：多是由恒速传动装置(包括调速器)以及飞机发动机的不正常工作引起的飞机电源系统35发电机频率故障分类过频欠频过频保护指标及要求当发电机的输出频率为425～430Hz时，要求在1秒内断开发电机的GCR采用固定延时方式飞机电源系统36欠频保护指标及要求当发电机的输出频率为370～375Hz时，要求在1秒内断开发电机的GCR。当发电机的输出频率为345～355Hz时，要求在0.14秒内断开发电机的GCR。同时，封锁欠压保护电路。欠频保护电路采用固定延时飞机电源系统37飞机电源系统38+E+E+-+-DW1R1R2R6W1R4W2C1T1R7R8R22A1D1R9R10R11R12R13R14R15Z1R25R19R18R17R16R23R24DW2A2D3C4A3T2T4T3C2C3D2欠频保护过频保护固定延时~+-UwUuUC1UsUZ1tt00(a)(b)UO1t0(c)t2t1t3UuUC1UsUZ1tt00(a)(b)t1t2t3飞机电源系统39过频保护飞机电源系统40电源系统的电压故障及其保护过压故障欠压故障电压不稳定故障飞机电源系统41电压故障原因发电机励磁电路不正常，如旋转整流器短路或开路、励磁机电枢绕组短路等由调压器故障导致当发电机输出电压幅值波动时，很可能是由于调压器或CSD中的调速器的工作不稳定造成的飞机电源系统42过压故障危害容易损坏灯光照明与电子设备过压愈高，造成损坏所需时间愈短过压保护指标及要求电源系统中大功率感性负载断开，或短路故障切除时，系统电压也会出现大幅度波动，这是允许的，保护装置不应该动作当发电机最高相电压超过129.5V时，断开GCR，发电机不能发电保护电路采用反延时方式飞机电源系统43aU(V)bt(s)0t1t2140126.5过电压保护上限曲线过电压保护下限曲线曲线a以下部分：安全区曲线b以上部分：损坏区曲线a、b之间部分：动作区飞机电源系统44立即动作：危害严重的故障，如短路（DP）固定延时：为了防止瞬时过电压时的误动作，通过置延时来判别不同的故障原因。采用固定延时的故障种类：UV、OF、RR、PMG、UB、OL、OC、UE反延时：延时时间根据故障严重程度自动调整：故障越严重，延时越短采用反延时的故障种类：OV、OE、SP、UF保护动作时间：三种要求飞机电源系统45过压故障及其保护瞬时过电压持续过电压飞机电源系统46过压保护电路的主要组成三相变压器WD1D2D3C1C2DWABC反延时及放大电路敏感电路R1R2R4R3R5R6Uo+ED4D5+2-3476A敏感电路鉴压电路反延时电路飞机电源系统47三相变压器WD1D2D3C1C2DWABC反延时及放大电路敏感电路R1R2R4R3R5R6Uo+ED4D5+2-3476A发电机电压正常时U3+＜U2-→D5截止→无故障信号输出飞机电源系统48三相变压器WD1D2D3C1C2DWABC反延时及放大电路敏感电路R1R2R4R3R5R6Uo+ED4D5+2-3476AU3+U2-→D5导通→故障信号输出过电压故障信号至GCR故障放大器→GCR触点跳开→GB触点跳开→发电机灭磁并退出电网发电机出现持续过电压飞机电源系统49发电机出现瞬时过电压三相变压器WD1D2D3C1C2DWABC反延时及放大电路敏感电路R1R2R4R3R5R6Uo+ED4D5+2-3476A飞机电源系统50K23+-6R0R4R5C2D4()dUsUoKB(s)F(s)Uo(s)+-dU反延时特性的分析（1）0tUodU0t0tUodU0t飞机电源系统51反延时特性飞机电源系统52欠压保护指标及要求当发电机三相电压平均值为103～106V时，要求在8～10秒内将发电机的GCR断开保护电路采用固定延时欠压故障的保护装置功能往往被欠速和欠频故障保护装置的保护功能所覆盖飞机电源系统53欠压故障及其保护三相变压器WD1D2D3C1C2DW1ABC放大及固定延时电路敏感电路R1R2R4R3R5R6+ED4D5+2-3476ADW2R8R7飞机电源系统54过载及其保护过载（OL）测量方法：⑴直接测量馈线电流；⑵测量励磁机的励磁电压或电流—励磁高限（EC）。OL保护方法：⑴人工或自动卸载；⑵跳开GCR和GCB。过载（OL）与过流（OC）的区别：先OL后OC，前者动作值小，后者动作值大飞机电源系统55WC1C2放大及固定延时电路敏感电路DW1T1T2R3+EDW2DW3R1R2+Uj至GCR故障信号放大器励磁高限（EC）保护飞机电源系统56短路故障及差动保护(DP)飞机电源系统57发电机短路故障及差动保护(DP)XYZABCLH1LH2GBR1R2R1R1R2R2R7R8R9CDW至GCR故障信号放大器飞机电源系统58发电机短路故障及差动保护(DP)XYZABCLH1LH2GBR1R2R1R1R2R2R7R8R9CDW至GCR故障信号放大器飞机电源系统59YBLH1GBR1R2R7R8R9CDW至GCR故障信号放大器I′1I′2△I′1abLH2取出其中的一相飞机电源系统60YBLH1GBR1R2R7R8R9CDW至GCR故障信号放大器I′1I′2△I′1abLH2发生短路时飞机电源系统61YBLH1GBR1R2R7R8R9CDW至GCR故障信号放大器I′1I′2△I′1abLH2发生短路时飞机电源系统62发生短路时YBLH1GBR1R2R7R8R9CDW至GCR故障信号放大器1′II′2△I′1abLH2KIKIKIIIIIK21'2'1'飞机电源系统63YBLH1GBR1R2R7R8R9CDW至GCR故障信号放大器1′II′2△I′1abLH2电流电压转换电路发生短路时飞机电源系统64YBLH1GBR1R2R7R8R9CDW至