飞机交流电源的保护

VSCF电源功能部件基本故障
部 件 故 障 形 式
永磁副励磁机电枢绕组短路/开路 交流励磁机磁极线圈或电枢绕组短路/开路 旋转整流管短路/开路 发电机励磁线圈短路/开路 发电机 发电机电枢绕组短路/开路 发电机电枢绕组接地短路 发电机电枢绕组温度过高 发电机轴承温度过高
VSCF电源功能部件基本故障(续)
5、差动保护
主发电机定子绕组和馈电线的短路保护采用差动保护电路。 差动保护电路图：两相同的电流互感器组LHI和LH2分接于发电机两侧， LH1在中线侧，LH2在GCB外侧,两互感器中间为保护区，包括发电机定 子绕组和发电机馈电线。 在并联系统中,保护区可扩大至BTB外侧，若保护区内没有短路点，即 a点没有短路电流，则因流过LH1和LH2的原边电流相同，即I1= I2 ，故 两互感器的副边电流
并联系统中1台发电机的电压调节器故障
如调压器检测线开路或调压器末级晶体管短路， 则该发电机的励磁电流必增长，它将承担较多的无功 负载。 而并联系统的无功均衡电路的作用，力图减少该 发电机的励磁，增加别的发电机的励磁。此时，减小 故障发电机的励磁不可能，因而导致整个电网电压的 升高，升高量取决于故障电机的故障情况和无功均衡 电路的灵敏度。 (1)若电压超过过压保护值，则过压保护电路动 作，使BTB跳闸，解除并联。并联解除后，正常发电 机的电压将回到正常值，故障发电机仍处于过压状态， 该电机的控制器中的过压保护电路工作，使GCR和 GCB断开，故障电机脱离电网。
馈电线 馈电线断路 馈电线相间短路 馈电线接地短路 整流二极管短路/开路 直流滤波电容击穿/开路 过压吸收电路故障 功率组件短路/开路 交流滤波电容击穿/开路 交流滤波电感短路/开路 逆变器主电路接地短路 中点形成变压器短路/开路 功率组件过热
4.6 飞机交流电源的保护
4.6.1 飞机交流电源的故障
• 过电压故障：
主要故障原因为励磁故障和线路故障。 例如，电压调节器三相检测线的一根断路或短路，调压 器检测到的三相平均电压降低了，而基准电压不变，调 节器即增加发电机励磁电流，从而导致过电压故障。 同样调压器末级功率晶体管的短路，也导致过电压。 电网中某相导线的接地短路，也会使该相电压降低。 调压器检测到的三相平均电压降低，使发电机励磁电流 增大，引起过电压。若短路点在配电线上，配电线的自 动开关或保险丝因过流、过热而跳闸或熔断，从而消除 了短路故障，则电压调节器工作，使发电机电压回到正 常范围内。
过励磁（或欠励磁）保护
(2)在多发电机并联系统中，一台发电机电压调节器的 故障，有时不一定会导致整个飞机电网的电压超过过压 或欠压保护值，此时将过励磁（或欠励磁）保护产生。 并联系统中设有另一个无功保护环，与无功分配环相 同，无功检测电路也相同。无功检测电路的输出送到过 励保护电路。 若一台发电机调压器末级晶体管短路，则该电机励磁 电流增大，其无功负荷加大，别的发电机无功负荷减小。 由于是多台发电机并联，过励磁的发电机的无功负荷 比其它电机要大得多，过励保护电路使该电机的 BTB断 开，该电机退出并联，其它电机则在并联电网上转入正 常运行。退出并联的发电机即转为过电压故障。
3、频率保护
频率检测方法：一般检测永副励磁机的频率来判定发电 机的输出频率。变速恒频系统检测发电系统输出电压频 率。
过频保护：对于并联交流电源，它的过频保护有三重准则。 如B747飞机电源，若发电机输出频率为 427.5±2.5HZ， 则在 470±30ms 时断开 BTB ，使系统退出并联。若退出 并联后，某电源的过频继续存在，则在1.2±0.2s时同时 断开该电源的GCR和GCB。
欠电压故障
发电机内旋转整流器的短路，会使主发电机励磁电 流降低，主发电机电压降低，造成欠压故障。 传动发电机的发动机转速低于最低工作转速后，发 电机的输出电压也会降低，但这不是发电机本身的问题， 称为欠速。 若电源汇流条发生一相短路，则发电机电压也随之 降低，导致欠压故障，使用电设备不能正常工作。 主发电机电枢绕组或至汇流条的馈电线短路，这类 短路多数为单相接地短路，少数为线线短路，此时短路 相电压很低，接于它上面的设备不能正常工作，而非短 路相则电压升高，也使用电设备不能正常工作，同时这 类短路对发电机本身危害也很大，不立即切除故障，会 导致故障扩大，后果更严重。
永磁副励磁机绕组的短路或开路，会使发电 机控制器内部电源或电压调节器的电源电压变 化，影响它们的工作。 在恒速恒频交流电源中，除有上述因电压 调节器、发电机或馈电线导致的电源故障外， 还有由恒速传动装置故障导致的电源故障。恒 装故障使发电机的转速过高或过低，引起过频 或欠频故障。 在变速恒频交流电源中，还有功率变换器 的故障问题，功率变换器故障可导致输出过、 欠压，过、欠频或谐波含量过大。
式中K为互感器变比，这是不计互感器误差时导出的关系式。由于两互感器 副边首尾相接，串联短路联结，故没有电流流入电阻R1和R2,即 Δ I=0。
差动保护电路
差动保护电路分析
a点短路,短路电流为Ik,即Ik=I1－I2,则流入电阻R1、R2的电流
若短路电流足够大，则R2上压降也足以使稳压管DW击穿， 输出短路故障信号，使GCR和GCB断开。B747飞机规定保 护区内任一点短路，短路电流达20±5A时40ms内发出GCR 和GCB跳闸命令。由于这种短路保护，反映的是两组互感 器检测电流之差，故称差动保护。
其他保护项目 B747飞机上有永磁副励磁机绕组短路保 护。一相绕组短路使桥式整流后的直流电 压脉动幅值加大，检测该电压脉动幅值， 超过一定值后，在 0.7±0.5s 内断开 GCR 和 GCB 。断开 GCR 和 GCB 并不能消除永磁机 的短路，而永磁机本身容量小，它的短路 一般不会使故障扩大。 在某些飞机交流电源中，有旋转整流器故 障检测与保护电路，是由检测励磁机励磁 电流的脉动大小来判断。
差动保护基本要求
差动保护速度应越快越好。若能在40ms内发出 断开GCR和GCB的命令，到GCR和GCB跳闸还要 一段时间，而从GCR跳闸到励磁机励磁电流降到 零也要一段时间。在此期间，要防止馈电线短路 故障导致火灾等严重事故。 保护区外短路，保护电路无故障信号，GCR 和GCB不跳闸。 在选用互感器时应正确选取互感器额定电流、 误差大小，应与保护区内部短路保护电流值相协 调。
4.6.3 并联交流电源的故障保护
并联交流电源的故障有两个原因引起，一是ห้องสมุดไป่ตู้单台 发电机故障引起，另一是并联电路引起。主要的并联电 路是无功分配环和有功分配环。
并联运行无功分配环电路断路故障
故障前4台发电机无功和有功分配均衡，各台发电机的 电流互感器副边电流均为5A，各互感器副边负载电阻R上无 电流，5A电流在无功分配环路中流动。 若无功分配环发生断路，5A电流不能在环路中流动， 只好流入各自的负载均衡电路的负载电阻R，电阻R上的压 降使电压调节器工作，调压器的作用是降低发电机励磁， 由于4台发电机的调压器的励磁均降低了，故使电网电压降 低。 电网电压降低量与无功分配灵敏度大小及发电机负载大 小有关，负载越大，电压降低越大。 由此可见，无功分配环开路导致并联系统电压降落。若 此电压低于欠压保护值，则导致BTB跳闸，解除并联。各 BTB断开后，它的辅助触点使无功检测互感器的副边短路， 于是各发电机电压又恢复正常。
4.6.2 不并联交流电源的故障保护
主要跳闸保护故障有过压、欠压、过频、欠 频、欠速、旋转整流器故障和短路等。 1、发电机过电压保护：瞬态过电压和永久性过电 压，前者由切除负载或短路切除导致，后者由 故障引起。 过压保护电路在瞬态过电压时不应工作，即 不应切断发电机控制继电器GCR。 从过电压对用电设备的危害来看，过压越低， 危害越小，过压越高，危害越大。 因此过压保护电路应有两个基本参数，即动 作电压和反延时特性。例如 B747 飞机规定过电 压动作点为调节点处高相电压131±2V。过电压 越高，动作越快。
电源故障后的保护
电源发生故障后，有的使输出电能质量严重 改变，为用电设备所不允许，有的危害电源本 身的安全性，必须采取保护措施。而某些故障， 危害性不那么大，此时电源还能正常供电，就 不需立即保护。 需要保护的电源故障称为跳闸故障，此时 应断开发电机控制继电器GCR或发电机断路器 GCB。
故障检测和保护电路及要求
保护设置
根据功能不同，电源系统内的各个部件可以划分为 三类：功能部件、故障检测保护部件和自检测电路。 功能部件是实现机械能转为400Hz电能所不可缺少的部 件，发电机、变换器和控制器的一部分为功能部件; 故障检测保护部件是在功能部件发生故障，电源电能 的产生和400Hz电能质量受到严重影响时，实现对电源 和用电设备保护的部件。 自检测电路一部分借用故障检测电路，另一部分是它 自身需要的专用电路。自检测电路及相应的软件用于 对电源的完整性进行检测判断和实现故障定位，对于 提高电源维修性有重要意义。
在退出并联前，并联的几台发电机同时有过频，退 出并联后一般仅有1台发电机有过频,该电机属于故障电 机。若解除并联后,故障电机过频高达437.5±2.5Hz,则应 在30±10ms内断开该电源的GCR和GCB .
欠频保护：欠频保护与过频类似。 在 B747 飞机 , 频率为 372.25±2.5Hz, 延时 470±30ms ，断开 BTB, 使系统退出并联。若退出并联后 , 仍有发电机处于欠频 状态，则在1.2±0.4s时断开该电机的GCR和GCB。若发电机 频 率 降 到 352.5±2.5Hz ， 则 该 电 源 的 GCR 和 GCB 应 在 150±50ms内断开。 4、欠速保护:在恒速恒频电源中是指恒装输入转速低于一定值 时的保护，在变频交流电源和变速恒频交流电源中是指发电 机的输入转速低于一定值时的保护。在B747中，发动机输出 转速低到4525±125r/min时，延时150±50ms断开GCB，使发 电机卸载。
无功电流保护的检测电路
无功电流的相敏检测电路
并联发电机有功分配故障
并联发电机有功分配环的故障和恒速传动装置 的故障，与无功分配故障及调压器的故障类似， 将导致电网频率偏离或使有功分配严重不均衡。 保护电路首先是使BTB跳闸，以解除并联。属 于有功分配环本身的故障， BTB 跳开后，各单 台发电系统回到正常工作状态。若某台恒装故 障， BTB 断开后，故障电机转为过频或欠频故 障 ， 频 率 保 护 电 路 动 作 ， 使 该 电 机 的 GCR 和 GCB断开，脱离电网，停止供电。