飞机电源系统的控制与保护

1、飞机电源系统1第第7 7章章 飞机电源系统的飞机电源系统的控制与保护控制与保护飞机电源系统2一、交流电源的控制问题一、交流电源的控制问题主要控制对象主要控制对象 u发电机励磁控制继电器发电机励磁控制继电器 (GCR) GCR：Generator Control Relay控制发电机励磁电路的接通与断开，决定控制发电机励磁电路的接通与断开，决定发电机是否发电。发电机是否发电。u发电机断路器发电机断路器 (GB)(又称为发电机接触器又称为发电机接触器GC或发电机控制断路器或发电机控制断路器GCB) GB：Generator Breaker GC： Generator Contactor GCB：

2、Generator Control Breaker使发电机投入电网向发电机汇流条供电，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。即决定发电机是否输出功率。 飞机电源系统u外电源接触器外电源接触器 (EPC) EPC：External Power Contactor 决定地面电源是否向机上电网供电决定地面电源是否向机上电网供电。 u汇流条连接断路器汇流条连接断路器(并联断电器并联断电器) (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汇流条）接通或断开，决定发电

3、机是否并联供电或是发电机汇流条之间是否转换供电。供电或是发电机汇流条之间是否转换供电。 u辅助电源断路器辅助电源断路器 (APB) APB：Auxiliary Power Breaker控制辅助电源与联接汇流条的通断，以决定控制辅助电源与联接汇流条的通断，以决定是否由是否由APU.G供电供电。 飞机电源系统4控制保护装置的作用控制保护装置的作用: :人工或自动地人工或自动地接通、接通、断开或转换断开或转换上述开关装置。上述开关装置。控制控制: :主要是根据供电方式的需要及一定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

4、电机和电网主网的开关元件，以完成发电机和电网主要汇流条的要汇流条的接通、断开或转换接通、断开或转换工作。工作。保护保护:一般是在发电机或电网局部出现故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，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。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控制保护装置的类型继电器型继电器型磁放大器型磁放大器型晶体管型晶体管型 飞机电源系统交流电源系统的故障及保交流电源系统的故障及保护中的一般问题护中的一般问题 1.故障类型与保护项目故障类型

5、与保护项目过压（过压（OV）低压（或欠压低压（或欠压UV）馈线和发电机内部短路馈线和发电机内部短路（差动电流保护（差动电流保护DP）低频（或欠频低频（或欠频UF）或欠速（）或欠速（UN）电压不稳定电压不稳定火警保护等等火警保护等等 飞机电源系统2.对保护电路的基本要求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）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。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）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。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）保护装置既不应该误动作

6、也不应该拒动作。动作。 （4）保护装置应具有自检和记忆功能。）保护装置应具有自检和记忆功能。误动作：误动作：在不应该动作时动作。在不应该动作时动作。拒动作：拒动作：在应该动作时不动作。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二、单独供电的控制关系 Gen1Gen2APUGen1GB1APUGBGB2BTB2BTB1EPCBUS1BUS2外外电电源源转转换换继继电电器器1 1转转换换继继电电器器2 2转转换换汇汇流流条条1 1转转换换汇汇流流条条2 2飞机电源系统91. 1. 地面外电源供电地面外电源供电 Gen1Gen2APUGen1GB1APUGBGB2BTB2BTB1EPC

7、BUS1BUS2外外电电源源转转换换继继电电器器1 1转转换换继继电电器器2 2转转换换汇汇流流条条1 1转转换换汇汇流流条条2 2飞机电源系统102. APU发电机供电发电机供电 Gen1Gen1APUGen1GB1APUGBGB2BTB2BTB1EPCBUS1BUS2外外电电源源转转换换继继电电器器1 1转转换换继继电电器器2 2转转换换汇汇流流条条1 1转转换换汇汇流流条条2 2飞机电源系统113. 主发电机供电主发电机供电 Gen1Gen1APUGen1GB1APUGBGB2BTB2BTB1EPCBUS1BUS2外外电电源源转转换换继继电电器器1 1转转换换继继电电器器2 2转转换换汇

8、汇流流条条1 1转转换换汇汇流流条条2 2飞机电源系统124. 故障状态故障状态Gen1Gen2APUGen1GB1APUGBGB2BTB2BTB1EPCBUS1BUS2外外电电源源转转换换继继电电器器1 1转转换换继继电电器器2 2转转换换汇汇流流条条1 1转转换换汇汇流流条条2 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，对每一汇流条而言，任一时刻只能任一时刻只能有一种电源供电有一种电源供电，后者供电时前者，后者供电时前者自动断开自动断开 不是连续供电，其不是连续供电，其供电可靠性较差供电可靠性较差（与并联供电相比）（与并联供电相比） 控制保护比较控制保护比较简单简单 飞机电源系

9、统14三、关联供电的控制关系三、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关联供电的控制关系-并联并联 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故障状态故障状态 2 2Gen1Gen2Gen3

10、Gen4GCB1GCB2GCB3GCB4BTB1BTB3BTB4BTB2EPC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通过同步汇流条实现并联并联供电供电 连续供电，连续供电，供电可靠性高供电可靠性高 控制保护控制保护复杂复杂 飞机电源系统20（复习）控制与保护装置（复习）控制与保护装置主要控制对象主要控制对象 发电机励磁控制继电器发电机励磁控制继电器 (G

11、CR) GCR：Generator Control Relay发电机断路器发电机断路器 (GB)(又称为发电机接触器又称为发电机接触器GC或发电或发电机控制断路器机控制断路器GCB) GB：Generator Breaker GC： Generator Contactor GCB： Generator Control Breaker汇流条连接断路器汇流条连接断路器(又称并联断电器又称并联断电器) (BTB) BTB：Bus Tie Breaker外电源接触器外电源接触器 (EPC) EPC：External Power Contactor飞机电源系统21四、主要控制的逻辑关系四、主要控制的逻辑

12、关系 飞机电源系统22（一）（一）GCR的动作逻辑及控的动作逻辑及控制制 闭合断开GCR(BTB)或故障信号 GCR.S(BTB.S)闭 GCR.S(BTB.S)断GCR的动作逻辑的动作逻辑飞机电源系统23GCR的控制电路的控制电路飞机电源系统24GCR的控制电路的控制电路飞机电源系统25（二）（二）GB的动作逻辑及控制电路的动作逻辑及控制电路飞机电源系统26GCB/BTB内部结构示意图内部结构示意图飞机电源系统27 GCB 通通/ 断控制电路断控制电路飞机电源系统28（三）（三）BTB及其控制电路及其控制电路断路器控制示意图断路器控制示意图飞机电源系统29BTB断开断开/闭合驱动电路闭合驱动

13、电路飞机电源系统30(四四)EPC及其控制及其控制控制逻辑控制逻辑飞机电源系统31EPC的控制电路的控制电路飞机电源系统32EPC结构结构飞机电源系统33(五五)APB及其控制及其控制控制逻辑控制逻辑飞机电源系统34电源系统频率故障及其保护电源系统频率故障及其保护定义定义：发电机输出电压的频率超过规定值：发电机输出电压的频率超过规定值一定时间一定时间 原因原因：多是由恒速传动装置：多是由恒速传动装置(包括调速器包括调速器)以及飞机发动机的不正常工作引起的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发电机频率故障分类过频过频欠频欠频过频保护指标及要求过频保护指标及要求 当

14、发电机的输出频率为当发电机的输出频率为425430Hz时，要时，要求在求在1秒内断开发电机的秒内断开发电机的GCR采用采用固定延时固定延时方式方式 飞机电源系统36欠频保护指标及要求欠频保护指标及要求 当发电机的输出频率为当发电机的输出频率为370375Hz时，时，要求在要求在1秒内断开发电机的秒内断开发电机的GCR。当发电机的输出频率为当发电机的输出频率为345355Hz时，时，要求在要求在0.14秒内断开发电机的秒内断开发电机的GCR。同。同时，封锁欠压保护电路。时，封锁欠压保护电路。欠频保护电路采用欠频保护电路采用固定延时固定延时 飞机电源系统37飞机电源系统38飞机电源系统39过频保护

15、过频保护飞机电源系统40电源系统的电压故障及其保护电源系统的电压故障及其保护过压故障过压故障 欠压故障欠压故障 电压不稳定故障电压不稳定故障飞机电源系统41电压故障原因电压故障原因发电机励磁电路不正常，如旋转整流器短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路或开路、励磁机电枢绕组短路等由调压器故障导致由调压器故障导致当发电机输出电压幅值波动时，很可能是当发电机输出电压幅值波动时，很可能是由于调压器或由于调压器或CSD中的调速器的工作不稳中的调速器的工作不稳定造成的定造成的 飞机电源系统42过压故障危害过压故障危害容易损坏灯光照明与电子设备容易损坏灯光照明与电子设备 过

16、压愈高，造成损坏所需时间愈短过压愈高，造成损坏所需时间愈短 过压保护指标及要求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当发电机最高相电压超过129.5V时，断开时，断开GCR，发电机不能发电，发电机不能发电 保护电路采用保护电路采用反延时反延时方式方式 飞机电源系统43过电压保护过电压保护上限曲线上限曲线过电压保护下过电压保护下限曲线限曲线曲线曲线a以下部分：安全区以下部分：安全区

17、曲线曲线b以上部分：损坏区以上部分：损坏区曲线曲线a、b之间部分：动作区之间部分：动作区飞机电源系统44立即动作立即动作：危害严重的故障，如短路（：危害严重的故障，如短路（DP）固定延时固定延时：为了防止瞬时过电压时的：为了防止瞬时过电压时的误动作误动作，通过置延时来判别不同的故障原因。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采用固定延时的故障种类： UV、OF、RR、PMG、UB、OL、OC、UE反延时反延时：延时时间根据故障严重程度自动调整：延时时间根据故障严重程度自动调整： 故障越严重，延时越短故障越严重，延时越短采用反延时的故障种类采用反延时的故障种类：OV、OE、SP、

18、UF保护动作时间：三种要求保护动作时间：三种要求飞机电源系统45过压故障及其保护过压故障及其保护瞬时过电压瞬时过电压持续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过压保护电路的主要组成敏感电路敏感电路鉴压电路鉴压电路反延时电路反延时电路飞机电源系统47发电机电压正常时发电机电压正常时U3+U2-D5截止截止无故障信号输出无故障信号输出 飞机电源系统48U3+U2-D5导通导通故障信号输出过电压故障故障信号输出过电压故障信号至信号至GCR故障放大器故障放大器GCR触点跳开触点跳开GB触点跳开触点跳开发电机灭磁并退出电网发电机灭磁并退出电网发电机出现持续过电压发电机出现持续过电压飞机电

19、源系统49发电机出现瞬时过电压发电机出现瞬时过电压 飞机电源系统50反延时特性的分析（反延时特性的分析（1）飞机电源系统51反延时特性反延时特性飞机电源系统52欠压保护指标及要求欠压保护指标及要求 当发电机三相电压平均值为当发电机三相电压平均值为103106V时，要求在时，要求在810秒内将发电机的秒内将发电机的GCR断开断开保护电路采用保护电路采用固定延时固定延时欠压欠压故障的保护装置功能往往被故障的保护装置功能往往被欠速欠速和和欠频欠频故障保护装置的保护功能所覆盖故障保护装置的保护功能所覆盖 飞机电源系统53欠压故障及其保护欠压故障及其保护飞机电源系统54过载及其保护过载及其保护过载（过载

20、（OL）测量方法）测量方法： 直接测量馈线电流；直接测量馈线电流； 测量励磁机的励磁电压或电流测量励磁机的励磁电压或电流励磁高限（励磁高限（EC）。OL保护方法保护方法： 人工或自动卸载；人工或自动卸载； 跳开跳开GCR和和GCB。过载（过载（OL）与过流（）与过流（OC）的区别）的区别： 先先OL后后OC，前者动作值小，后者动作值大，前者动作值小，后者动作值大飞机电源系统55励磁高限（励磁高限（EC）保护）保护飞机电源系统56短路故障及差动保护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发电机短路故障及差动保护(DP)X XY YZ ZA AB BC CL LH H1

21、1L LH H2 2G GB BR R1 1R R2 2R R1 1R R1 1R R2 2R R2 2R R7 7R R8 8R R9 9C CD DW W至至G GC CR R故故障障信信号号放放大大器器飞机电源系统58发电机短路故障及差动保护发电机短路故障及差动保护(DP)X XY YZ ZA AB BC CL LH H1 1L LH H2 2G GB BR R1 1R R2 2R R1 1R R1 1R R2 2R R2 2R R7 7R R8 8R R9 9C CD DW W至至G GC CR R故故障障信信号号放放大大器器飞机电源系统59Y Y B BLHLH1 1GBGBR R1

22、 1R R2 2R R7 7R R8 8R R9 9C CDWDW至GCR故障至GCR故障信号放大信号放大器器I1I1II2 2II1 1a ab bLHLH2 2取出其中的一相取出其中的一相飞机电源系统60Y Y B BLHLH1 1GBGBR R1 1R R2 2R R7 7R R8 8R R9 9C CDWDW至GCR故障至GCR故障信号放大信号放大器器I1I1II2 2II1 1a ab bLHLH2 2发生短路时发生短路时飞机电源系统61Y Y B BL LH H1 1G GB BR R1 1R R2 2R R7 7R R8 8R R9 9C CD DW W至至G GC CR R故故

23、障障信信号号放放大大器器I I1 1I I2 2I I1 1a ab bL LH H2 2发生短路时发生短路时飞机电源系统62发生短路时发生短路时Y Y B BLHLH1 1GBGBR R1 1R R2 2R R7 7R R8 8R R9 9C CDWDW至GCR故障至GCR故障信号放大信号放大器器1 1I III2 2II1 1a ab bLHLH2 2KIKIKIIIIIK2121飞机电源系统63Y Y B BLHLH1 1GBGBR R1 1R R2 2R R7 7R R8 8R R9 9C CDWDW至GCR故障至GCR故障信号放大信号放大器器1 1I III2 2II1 1a ab

24、bLHLH2 2电流电压电流电压转换电路转换电路发生短路时发生短路时飞机电源系统64Y Y B BLHLH1 1GBGBR R1 1R R2 2R R7 7R R8 8R R9 9C CDWDW至GCR故障至GCR故障信号放大信号放大器器1 1I III2 2II1 1a ab bLHLH2 2整流滤波整流滤波电路电路发生短路时发生短路时飞机电源系统65Y Y B BLHLH1 1GBGBR R1 1R R2 2R R7 7R R8 8R R9 9C CDWDW至GCR故障至GCR故障信号放大信号放大器器1 1I III2 2II1 1a ab bLHLH2 2电压检测电压检测电路电路发生短路

25、时发生短路时飞机电源系统66电压不稳定保护指标及要求电压不稳定保护指标及要求当发电机输出电压的当发电机输出电压的幅值波动，且波动幅幅值波动，且波动幅值超过了额定电压的值超过了额定电压的7%，频率的波动值，频率的波动值超过了超过了9Hz时，要求时，要求断开断开GCR采用采用反延时反延时方式方式 飞机电源系统发电机励磁故障发电机励磁故障过励过励欠励欠励飞机电源系统过励磁保护线路过励磁保护线路 飞机电源系统过励磁保护线路的两个特殊点：过励磁保护线路的两个特殊点： （1）过励磁保护电路检测的信号应该是）过励磁保护电路检测的信号应该是电压调节检测的主信号与无功电流差信电压调节检测的主信号与无功电流差信号

26、的叠加。号的叠加。 （2）过励磁保护的故障信号是送往）过励磁保护的故障信号是送往BTB故障信号放大器的，它控制故障信号放大器的，它控制BTB的断开，的断开，使发电机首先退出并联电网。使发电机首先退出并联电网。 飞机电源系统欠励磁保护欠励磁保护 其保护线路由其保护线路由检测电路、鉴压电路和固定检测电路、鉴压电路和固定延时电路延时电路三部分组成。三部分组成。 在并联供电系统中，欠励故障检测信号在并联供电系统中，欠励故障检测信号与过励故障检测一样，都是电压调节主信与过励故障检测一样，都是电压调节主信号与无功电流不均衡信号的叠加，最后控号与无功电流不均衡信号的叠加，最后控制制BTB的断开。的断开。 在

27、单独供电系统中，欠压和过压一样，在单独供电系统中，欠压和过压一样，都是反映发电机的故障，所以检测的是发都是反映发电机的故障，所以检测的是发电机的端电压。电机的端电压。 飞机电源系统71旋转整流器短路故障旋转整流器短路故障 一旦发现旋转整流器中的任一二一旦发现旋转整流器中的任一二极管短路，则应在极管短路，则应在5.57s内将内将GCR断开断开保护电路采用保护电路采用固定延时固定延时方式方式 飞机电源系统721、电源系统中的差动保护区间是、电源系统中的差动保护区间是 A所有的短路故障所有的短路故障 B激磁绕组的短路故障激磁绕组的短路故障 C发电机电枢绕组及输出馈线的发电机电枢绕组及输出馈线的短路故

28、障短路故障 D旋转整流器的故障旋转整流器的故障 练练 习习飞机电源系统2、在发电机的故障保护装置中设置、在发电机的故障保护装置中设置延时的目的是（）。延时的目的是（）。 A防止损坏负载防止损坏负载 B防止误动作防止误动作 C防止发生故障时拒动作防止发生故障时拒动作 D防止发生更严重的故障防止发生更严重的故障 飞机电源系统3、故障保护中反延时的含义是、故障保护中反延时的含义是 A反向延时反向延时 B故障越严重，延时越短故障越严重，延时越短 C故障越严重，延时越长故障越严重，延时越长 D延时时间固定延时时间固定 飞机电源系统4在电源系统设备中的故障保护在电源系统设备中的故障保护反延时故障保护：反延

29、时故障保护： A过压过压/欠压欠压 B过激磁过激磁/欠激磁欠激磁 C过电压、过激磁过电压、过激磁 D欠电压，欠激磁欠电压，欠激磁 飞机电源系统5、电源系统中对短路故障的、电源系统中对短路故障的差动保护采用差动保护采用A固定延时固定延时 B反延时反延时 C立即动作立即动作 D随机延时随机延时 飞机电源系统6、在并联供电系统中，过电压与、在并联供电系统中，过电压与过激磁保护动作的先后次序为过激磁保护动作的先后次序为 A过电压先于过激磁过电压先于过激磁 B过激磁先于过电压过激磁先于过电压 C两者同时动作两者同时动作 D故障严重的先动作故障严重的先动作 飞机电源系统7、电源系统中的过激磁故障指的是、电

30、源系统中的过激磁故障指的是 A单独供电系统中由于激磁电流太单独供电系统中由于激磁电流太大而使发电机电压大而使发电机电压升高升高B并联供电系统中由于激磁电流太并联供电系统中由于激磁电流太大而使发电机电压升高大而使发电机电压升高 C单独供电系统中由于激磁电流太单独供电系统中由于激磁电流太大而使发电机承担过多的无功负载大而使发电机承担过多的无功负载 D并联供电系统中由于激磁电流太并联供电系统中由于激磁电流太大而使发电机承担过多的无功负载大而使发电机承担过多的无功负载 飞机电源系统8地面电源可以向飞机上的地面电源可以向飞机上的 A全部负载供电全部负载供电 B重要负载供电重要负载供电 C应急设备供电应急设备供电 D通用设备供电通用设备供电 飞机电源系统1、为什么在飞机电源系统的故障保护中、为什么在飞机电源系统的故障保护中要设置延时？什么叫反延时？要设置延时？什么叫反延时？2、什么是过激磁欠激磁故障？有什么、什么是过激磁欠激磁故障？有什么危害？危害？3、哪些故障可以采用差动保护？如何进、哪些故障可以采用差动保护？如何进行差动保护？差动保护电路的保护范围指行差动保护？差