飞机电源系统的控制与保护

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
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飞 机 电 源 系 统
U(V)
过电压保护 上限曲线
过电压保护下 限曲线
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飞 机 电 源 系 统
（三）BTB及其控制电路
断路器控制示意图
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飞 机 电 源 系 统
BTB断开/闭合驱动电路
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飞 机 电 源 系 统
(四)EPC及其控制
控制逻辑
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飞 机 电 源 系 统
EPC的控制电路
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飞 机 电 源 系 统
EPC结构
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飞 机 电 源 系 统
(五)APB及其控制
飞 机 电 源 系 统
二、单独供电的控制关系
Gen1 外电源
EPC BUS1 GB1 BTB1 APU Gen1 APU GB BTB2
Gen2
GB2 BUS2
转换继电器1 转换汇流条1
转换继电器2
转换汇流条2
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飞 机 电 源 系 统
1. 地面外电源供电
Gen1 外电源
EPC BUS1 GB1 BTB1 APU Gen1 APU GB BTB2
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飞 机 电 源 系 统
自动并联
（二）GB的动作逻辑及控制电路
GB.S闭 发电机正常 GB 与 GCR 闭 外电源断 闭 合 断 开 或
GB.S断 发电机欠速 GCR 断 外电源接入
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汇流条无电压 或
飞 机 电 源 系 统
GCB/BTB内部结构示意图
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飞 机 电 源 系 统
GCB 通/ 断控制电路
同步汇流条
外电源
EPC
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飞 机 电 源 系 统
故障状态 1
Gen1 Gen2 Gen3 Gen4
GCB1
GCB2
GCB3
GCB4
负载汇流条
BTB1 BTB2 BTB3 BTB4
同步汇流条
外电源
EPC
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飞 机 电 源 系 统
故障状态 2
Gen1 Gen2 Gen3 Gen4
GCB1
GCB2
GCB3
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飞 机 电 源 系 统
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~
R1
飞 机 电 源 系 统
R2
W1
+E R4 Uw T1 W2 R6 R7 R8 R11 A + 1 D1 R9 DW2 T2 R10 R12 Z1 D2 R13 R25 C3 R14 + A - 2 R15
DW1 C1
R22
R19
C2
欠频保护
U u UZ1 0 U
三、关联供电的控制关系
Gen1 Gen2 Gen3 Gen4
GCB1
GCB2
GCB3
GCB4
负载汇流条
BTB1 BTB2 BTB3 BTB4
同步汇流条
外电源
EPC
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飞 机 电 源 系 统
关联供电的控制关系-并联
Gen1 Gen2 Gen3 Gen4
GCB1
GCB2
GCB3
GCB4
负载汇流条
BTB1 BTB2 BTB3 BTB4
UV、OF、RR、PMG、UB、OL、OC、UE 故障越严重，延时越短
采用反延时的故障种类：OV、OE、SP、UF
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反延时：延时时间根据故障严重程度自动调整：
飞 机 电 源 系 统
过压故障及其保护
瞬时过电压 持续过电压
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飞 机 电 源 系 统
A B C
过压保护电路的主要组成
D1 三 相 变 压 器 D2 D3 C1 W R1 R3 R2 D4 R4 DW 敏感电路 反延时及放大电路 2 - 7 A 3 + 4 Uo 6 R6 D5 R5 C2 +E
敏感电路
鉴压电路 反延时电路
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飞 机 电 源 系 统
发电机电压正常时
D1 三 相 变 压 器 D2 D3 C1 W R1 R3 R2 D4 R4 DW 敏感电路 反延时及放大电路 2 - 7 A 3 + 4 Uo 6 R6 D5 R5 C2 +E
A B
C
U3+＜U2-→D5截止→无故障信号输出
Gen2
GB2 BUS2
转换继电器1 转换汇流条1
转换继电器2
转换汇流条2
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飞 机 电 源 系 统
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
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飞 机 电 源 系 统
飞 机 电 源 系 统
第7章
飞机电源系统的 控制与保护
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飞 机 电 源 系 统
发电机励磁控制继电器 (GCR)
一、交流电源的控制问题 主要控制对象
GCR：Generator Control Relay 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：Generator Breaker GC： Generator Contactor GCB： Generator Control Breaker 使发电机投入电网向发电机汇流条供电， 2 即决定发电机是否输出功率。
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飞 机 电 源 系 统
控制保护装置的类型
继电器型
磁放大器型
晶体管型
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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
欠频故障保护装置的保护功能所覆盖
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飞 机 电 源 系 统
A B C
Gen2
GB2 BUS2
转换继电器1 转换汇流条1
转换继电器2
转换汇流条2
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飞 机 电 源 系 统
2. APU发电机供电
Gen1 外电源
EPC BUS1 GB1 BTB1 APU Gen1 APU GB BTB2
Gen1
GB2 BUS2
转换继电器1 转换汇流条1
转换继电器2
转换汇流条2
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飞 机 电 源 系 统
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
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飞 机 电 源 系 统
（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：Generator Control Relay 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：Generator Breaker GC： Generator Contactor GCB： Generator Control Breaker 汇流条连接断路器(又称并联断电器) (BTB) BTB：Bus Tie Breaker 外电源接触器 (EPC) EPC：External Power Contactor 20
R4 R0
2 3
K +
U d ( s )
6 Uo
U d
U d
U d
Uo
Uo
0
t
0
t
0
t
t
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飞 机 电 源 系 统
反延时特性
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飞 机 电 源 系 统
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
控制逻辑
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飞 电源系统频率故障及其保护 机 电 源 定义：发电机输出电压的频率超过规定值 系 一定时间 统 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
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飞 机 电 源 系 统
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
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飞 机 电 源 系 统
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
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飞 机 电 源 系 统
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
飞 机 电 源 系 统
汇流条连接断路器(并联断电器) (BTB) BTB：Bus Tie Breaker 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。
外电源接触器 (EPC) EPC：External Power Contactor 决定地面电源是否向机上电网供电。 辅助电源断路器 (APB) APB：Auxiliary Power Breaker 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
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
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
四、主要控制的逻辑关系
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飞 机 电 源 系 统
（一）GCR的动作逻辑及控制
GCR (BTB) 闭 断 合 开 或
GCR.S 闭 (BTB.S)
GCR.S 断 (BTB.S) 故障信号
GCR的动作逻辑
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飞 机 电 源 系 统
GCR的控制电路
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飞 机 电 源 系 统
GCR的控制电路
140 126.5 0
b a t1 t2 t(s)
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
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飞 机 电 源 系 统
保护动作时间：三种要求
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：
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飞 机 电 源 系 统
A B C
发电机出现持续过电压
D1 三 相 变 压 器 D2 D3 C1 W R1 R3 R2 D4 R4 DW 敏感电路 反延时及放大电路 2 - 7 A 3 + 4 Uo 6 R6 D5 R5 C2 +E
U3+>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
3. 主发电机供电
Gen1 外电源
EPC BUS1 GB1 BTB1 APU Gen1 APU GB BTB2
Gen1
GB2 BUS2
转换继电器1 转换汇流条1
转换继电器2
转换汇流条2
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飞 机 电 源 系 统
4. 故障状态
Gen1 外电源
EPC BUS1 GB1 BTB1 APU Gen1 APU GB BTB2
+E D3
(a) t3
u t
U Z1 0 t1 t2 (a ) t3 固定延时
过频保护
R16
t1
t2
A +3
C4t T3 T4 R24 R18
UC1 Us 0
U C1 Us
R17
R23
t (b)
UO1 0 (b) t
0 (c )
t
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飞 机 电 源 系 统
过频保护
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飞 电源系统的电压故障及其保护 机 电 源 过压故障 系 欠压故障 统 电压不稳定故障
GCB4
负载汇流条
BTB1 BTB2 BTB3 BTB4
同步汇流条
外电源
EPC
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飞 机 电 源 系 统
单独供电与并联供电的混合状态
Gen1 Gen2 Gen3 Gen4
GCB1
GCB2
GCB3
GCB4
负载汇流条
BTB1 BTB2 BTB3 BTB4
同步汇流条
外电源
EPC
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飞 机 电 源 系 统
求在1秒内断开发电机的GCR
采用固定延时方式
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飞 机 电 源 系 统
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
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飞 机 电 源 系 统
A B C
发电机出现瞬时过电压
D1 三 相 变 压 器 D2 D3 C1 W R1 R3 R2 D4 R4 DW 敏感电路 反延时及放大电路 2 - 7 A 3 + 4 Uo 6 R6 D5 R5 C2 +E
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飞 机Байду номын сангаас电 源 系 统
0
反延时特性的分析（1）
D4 R5 C2