CN110556782A - 单通道多电飞机发电机控制器的机端电流互感器保护结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开单通道多电飞机发电机控制器的机端电流互感器保护结构，检测的输入条件是CT三相输入电流，当出现某相输入电流偏小，且出现明显的相电流不平衡时，会输出GEN CT开路保护，禁能VR（Voltage Regulation），断开发电机励磁及发电机出口断路器，必要时会禁能发动机起动功能。本发明的有益效果在于，用于防止发电机CT到GCU接口电路的线路断线。
Description
技术领域
本发明涉及单通道多电飞机发电机控制器的机端电流互感器保护结构。
背景技术
发电机控制器（Generator Control Unit，GCU）的作用有两个，一个是为发电机提供励磁调节，另一个功能是为发电机及主功率汇流条提供保护。其中机端电流互感器GENCT开路保护是GCU的一种基本保护功能。
传统飞机采用115VAC/400Hz恒频交流供电，而多电飞机采用235VAC变频交流供电，供电体制的变化导致保护阈值的重新整定，以及保护逻辑的重新设定。本发明提出了一种发电机控制器的机端电流互感器GEN CT开路保护功能设计，并提出了保护时的动作以及保护抑制条件。
发明内容
本发明涉及单通道多电飞机发电机控制器的机端电流互感器保护结构，用于防止发电机CT到GCU接口电路的线路断线。
为了实现这一目的，本发明的技术方案如下：单通道多电飞机发电机控制器的机端电流互感器保护结构，包含有，
主发电机GEN L与断路器L GCB的第一端相连，断路器L GCB的第二端与汇流条L235VAC Bus相连；
主发电机GEN R与断路器R GCB的第一端相连，断路器R GCB的第二端与汇流条R235VAC Bus相连；
辅助发电机APU GEN与断路器APB的第一端相连，汇流条L 235VAC Bus与接触器L BTB的第一端相连，汇流条R 235VAC Bus与接触器R BTB的第一端相连，接触器APB的第二端分别与接触器L BTB的第二端及接触器R BTB的第二端相连；
主发电机GEN L具有发电机控制器L GCU，发电机控制器L GCU用于感测主发电机GEN L的GEN CT电流及断路器L GCB处的PF CT电流，若出现GEN CT开路故障，则发电机控制器LGCU执行机端电流互感器开路故障保护动作；
主发电机GEN R具有发电机控制器R GCU，发电机控制器R GCU用于感测主发电机GEN R的GEN CT电流及断路器R GCB处的PF CT电流，若出现GEN CT开路故障，则发电机控制器RGCU执行机端电流互感器开路故障保护动作；
辅助发电机APU GEN具有发电机控制器A GCU，发电机控制器A GCU用于感测辅助发电机APU GEN的GEN CT电流及断路器APB处的PF CT电流，若出现GEN CT开路故障，则发电机控制器A GCU执行机端电流互感器开路故障保护动作。
作为单通道多电飞机发电机控制器的机端电流互感器保护结构的优选方案，机端电流互感器开路故障保护动作：禁能VR，断开发电机励磁，断开断路器GCB/APB。
作为单通道多电飞机发电机控制器的机端电流互感器保护结构的优选方案，汇流条L 235VAC Bus与接触器L ATUC的第一端相连，接触器L ATUC的第二端与电能转换装置LATU相连，电能转换装置L ATU又与接触器L BSB的第一端相连，接触器L BSB的第二端与汇流条L 115VAC Bus相连；
汇流条R 235VAC Bus与接触器R ATUC的第一端相连，接触器R ATUC的第二端与电能转换装置R ATU相连，电能转换装置R ATU又与接触器R BSB的第一端相连，接触器R BSB的第二端与汇流条R 115VAC Bus相连；
地面电源L FWD EP与接触器L EPC的第一端相连，接触器L EPC的第二端与接触器LBSB的第一端相连；
地面电源R FWD EP与接触器R EPC的第一端相连，接触器R EPC的第二端与接触器RBSB的第一端相连；
汇流条L 235VAC Bus与接触器LacT的第一端相连，接触器LacT的第二端与接触器RacT的第一端相连，接触器RacT的第二端与汇流条R 235VAC Bus相连；
接触器L ATUC的第二端与接触器L TRU Rly的第一端相连，接触器L TRU Rly的第二端与电源转换装置TRU L相连，电源转换装置TRU L又与汇流条L 28VDC Bus相连；
接触器R ATUC的第二端与接触器R TRU Rly的第一端相连，接触器R TRU Rly的第二端与电源转换装置TRU R相连，电源转换装置TRU R又与汇流条R 28VDC Bus相连；
汇流条L 28VDC Bus与接触器LdcT的第一端相连，接触器LdcT的第二端与接触器RdcT的第一端相连，接触器RdcT的第二端与汇流条R 28VDC Bus相连；
接触器L ATUC的第二端与接触器E1 TRU ISO Rly的第一端相连，接触器E1 TRU ISORly的第二端分别与电源转换装置TRU E1及接触器E1 TRU Rly的第一端相连，电源转换装置TRU E1又与汇流条ESS1 28VDC Bus的第一端相连，接触器ESS ISO Rly的第二端与汇流条ESS 235VAC Bus相连，汇流条ESS 235VAC Bus与电源转换装置TRU E2相连，电源转换装置TRU E2又与汇流条ESS2 28VDC Bus相连；
发电机GEN RAT与接触器RCB的第一端相连，接触器RCB的第二端与汇流条ESS 235VACBus相连；
汇流条ESS1 28VDC Bus与接触器E1T的第一端相连，接触器E1T的第二端与接触器E2T的第一端相连，接触器E2T的第二端与汇流条ESS2 28VDC Bus相连；
汇流条ESS1 28VDC Bus与接触器MBR的第一端相连，接触器MBR的第二端与汇流条HotBB1相连；
汇流条Hot BB2与接触器SPUC的第一端相连，接触器SPUC的第二端与SPU相连，SPU与接触器SPUB的第一端相连，接触器SPUB的第二端与自耦变压整流器ATRU R相连；
汇流条L 235VAC Bus与接触器L ATRUC的第一端相连，接触器L ATRUC的第二端与自耦变压整流器ATRU L相连，自耦变压整流器ATRU L又与汇流条L 270VDC Bus相连；
汇流条R 235VAC Bus与接触器R ATRUC的第一端相连，接触器R ATRUC的第二端与自耦变压整流器ATRU R相连，自耦变压整流器ATRU R又与汇流条R 270VDC Bus相连；
外部电源L AFT EP与接触器L AEPC的第一端相连，接触器L AEPC的第二端与自耦变压整流器ATRU L相连。
作为单通道多电飞机发电机控制器的机端电流互感器保护结构的优选方案，主发电机GEN L供电及主发电机GEN R均为额定功率为225kVA、额定电压为235VAC的变频发电机；辅助发电机APU GEN为额定功率为200kVA、额定电压为235VAC的变频发电机；发电机GENRAT为额度功率50kVA、额度电压为235VAC的变频发电机；地面电源L FWD EP、地面电源RFWD EP及第三外部电源L AFT EP的额定电压为115VAC；自耦变压整流器ATRU L及自耦变压整流器ATRU R的额定功率均为150kVA，电能转换装置L ATU及电能转换装置R ATU的额定容量均为60kVA，电源转换装置TRU L、电源转换装置TRU R、电源转换装置TRU E1及电源转换装置TRU E2的额定输出电流均为240A；蓄电池Main BAT及蓄电池APU BAT均为额定电压为28VDC、容量为75Ah的蓄电池。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：
1.用于防止发电机CT到GCU接口电路的线路断线。检测的输入条件是CT三相输入电流，当出现某相输入电流偏小，且出现明显的相电流不平衡时，会输出GEN CT开路保护，禁能VR（Voltage Regulation），断开发电机励磁及发电机出口断路器，必要时会禁能发动机起动功能。
2.引入235VAC汇流条，以代替传统飞机的115VAC汇流条，功率等级提高。
3.引入270VDC电压等级，用于给大电机调速（空调压缩机等）。
4.外部电源插座的数量由传统飞机的1个插座变成2个，同时应急电源RAT的电压等级和容量均有所增长，由原来的115VAC 30kVA变成235VAC 50kVA。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果之外，本发明所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将结合附图作出进一步详细的说明。
附图说明
图1是本发明一实施例的结构示意图。
图2是本发明一实施例的机端电流互感器GEN CT开路保护信息采集点示意图。
图3是本发明一实施例中GEN CT开路保护的控制逻辑图。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本实施例涉及一种新型的单通道多电飞机发电机控制器的机端电流互感器保护结构。包括左右2台额定功率为225kVA的变频主启动发电机GEN L和GEN R，还包括一台额定功率为200kVA的APU启动发电机，以及一台额定功率50kVA的RAT发电机。此外还有三个外部功率源，分别是L FWD EP、R FWD EP和L AFT EP，每个外部功率源的插座可以支持最大90kVA的功率。主启动发电机、APU启动发电机以及RAT发电机的额定电压均为235VAC，三个外部电源的额定电压为115VAC。GEN L，GEN R，以及APU GEN都有各自的发电机断路器LGCB、R GCB以及APB来控制发电机的投切，此外，这3台发电机还有对应的接触器L GNR、RGNR和A GNR来控制与地网络的连接。三个外部电源也有对应的接触器控制电源的接入，分别是L EPC、R EPC，以及L AEPC。
该电源系统的二次电源包括2台额定功率为150kVA的ATRU、两台额定容量为60kVA的ATU，以及4台额定输出电流为240A的TRU。其中ATRU将235VAC转换成+/-270VDC，分别输出给左右两路+/-270VDC汇流条，用来给多电负载供电（飞控作动、电环控等）；ATU将230VAC转换成115VAC，分别输出给左右两路115VAC汇流条；TRU将235VAC转换成28VDC，分别输出给左右两路28VDC正常汇流条和左右两路28VDC应急汇流条。
该电源系统有两个额定电压为28VDC，容量为75Ah的蓄电池，即主蓄电池和APU蓄电池，在飞机发电机启动之前，蓄电池可以为关键的电子设备供电。同时，APU蓄电池还可用于启动APU。
请参见图1，主发电机GEN L与断路器L GCB的第一端相连，断路器L GCB的第二端与汇流条L 235VAC Bus相连。
主发电机GEN R与断路器R GCB的第一端相连，断路器R GCB的第二端与汇流条R235VAC Bus相连。
辅助发电机APU GEN与断路器APB的第一端相连，汇流条L 235VAC Bus与接触器LBTB的第一端相连，汇流条R 235VAC Bus与接触器R BTB的第一端相连，接触器APB的第二端分别与接触器L BTB的第二端及接触器R BTB的第二端相连。
主发电机GEN L具有发电机控制器L GCU，发电机控制器L GCU用于感测断路器LGCB处的电压电流（如图3所示）。
主发电机GEN R具有发电机控制器R GCU，发电机控制器R GCU用于感测断路器RGCB处的电压电流（如图3所示）。
辅助发电机APU GEN具有发电机控制器A GCU，发电机控制器A GCU用于感测断路器APB处的电压电流（如图3所示）。
汇流条L 235VAC Bus与接触器L ATUC的第一端相连，接触器L ATUC的第二端与电能转换装置L ATU相连，电能转换装置L ATU又与接触器L BSB的第一端相连，接触器L BSB的第二端与汇流条L 115VAC Bus相连。
汇流条R 235VAC Bus与接触器R ATUC的第一端相连，接触器R ATUC的第二端与电能转换装置R ATU相连，电能转换装置R ATU又与接触器R BSB的第一端相连，接触器R BSB的第二端与汇流条R 115VAC Bus相连。
地面电源L FWD EP与接触器L EPC的第一端相连，接触器L EPC的第二端与接触器L BSB的第一端相连。
地面电源R FWD EP与接触器R EPC的第一端相连，接触器R EPC的第二端与接触器R BSB的第一端相连。
汇流条L 235VAC Bus与接触器LacT的第一端相连，接触器LacT的第二端与接触器RacT的第一端相连，接触器RacT的第二端与汇流条R 235VAC Bus相连。
接触器L ATUC的第二端与接触器L TRU Rly的第一端相连，接触器L TRU Rly的第二端与电源转换装置TRU L相连，电源转换装置TRU L又与汇流条L 28VDC Bus相连。
接触器R ATUC的第二端与接触器R TRU Rly的第一端相连，接触器R TRU Rly的第二端与电源转换装置TRU R相连，电源转换装置TRU R又与汇流条R 28VDC Bus相连。
汇流条L 28VDC Bus与接触器LdcT的第一端相连，接触器LdcT的第二端与接触器RdcT的第一端相连，接触器RdcT的第二端与汇流条R 28VDC Bus相连。
接触器L ATUC的第二端与接触器E1 TRU ISO Rly的第一端相连，接触器E1 TRUISO Rly的第二端分别与电源转换装置TRU E1及接触器E1 TRU Rly的第一端相连，电源转换装置TRU E1又与汇流条ESS1 28VDC Bus的第一端相连，接触器ESS ISO Rly的第二端与汇流条ESS 235VAC Bus相连，汇流条ESS 235VAC Bus与电源转换装置TRU E2相连，电源转换装置TRU E2又与汇流条ESS2 28VDC Bus相连。
发电机GEN RAT与接触器RCB的第一端相连，接触器RCB的第二端与汇流条ESS235VAC Bus相连。
汇流条ESS1 28VDC Bus与接触器E1T的第一端相连，接触器E1T的第二端与接触器E2T的第一端相连，接触器E2T的第二端与汇流条ESS2 28VDC Bus相连。
汇流条ESS1 28VDC Bus与接触器MBR的第一端相连，接触器MBR的第二端与汇流条Hot BB1相连。
汇流条Hot BB2与接触器SPUC的第一端相连，接触器SPUC的第二端与SPU相连，SPU与接触器SPUB的第一端相连，接触器SPUB的第二端与自耦变压整流器ATRU R相连。
汇流条L 235VAC Bus与接触器L ATRUC的第一端相连，接触器L ATRUC的第二端与自耦变压整流器ATRU L相连，自耦变压整流器ATRU L又与汇流条L 270VDC Bus相连。
汇流条R 235VAC Bus与接触器R ATRUC的第一端相连，接触器R ATRUC的第二端与自耦变压整流器ATRU R相连，自耦变压整流器ATRU R又与汇流条R 270VDC Bus相连。
外部电源L AFT EP与接触器L AEPC的第一端相连，接触器L AEPC的第二端与自耦变压整流器ATRU L相连。
机端电流互感器GEN CT开路保护的信息采集点如图2所示。
GEN CT开路故障的检测条件为：发电机某一相采集到的电流小于11A，且小于AC馈线上测量到的同一相的电流，差值达到30A以上。GEN CT开路故障保护可以防止发电机CT到GCU接口电路的线路断线。在检测到该故障条件后，软件会在30ms延时后动作，即禁能VR，断开发电机励磁，同时在最大70ms延时后断开GCB/APB。
在下述情况下，GEN CT开路保护会被抑制：
1) 检测到DC分量条件；
2) VR使能命令为假；
3) 出现了大于399.6A（VFSG）或354.7A（ASG）的过载条件。
在GEN CT开路故障跳闸后，会抑制/闭锁对应VFSG/ASG的发动机启动能力。
GEN CT开路故障的保护控制逻辑如图3所示。
以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.单通道多电飞机发电机控制器的机端电流互感器保护结构，其特征在于，包含有，
主发电机GEN L与断路器L GCB的第一端相连，断路器L GCB的第二端与汇流条L235VAC Bus相连；
主发电机GEN R与断路器R GCB的第一端相连，断路器R GCB的第二端与汇流条R235VAC Bus相连；
辅助发电机APU GEN与断路器APB的第一端相连，汇流条L 235VAC Bus与接触器L BTB的第一端相连，汇流条R 235VAC Bus与接触器R BTB的第一端相连，接触器APB的第二端分别与接触器L BTB的第二端及接触器R BTB的第二端相连；
主发电机GEN L具有发电机控制器L GCU，发电机控制器L GCU用于感测主发电机GEN L的GEN CT电流及断路器L GCB处的PF CT电流，若出现GEN CT开路故障，则发电机控制器LGCU执行机端电流互感器开路故障保护动作；
主发电机GEN R具有发电机控制器R GCU，发电机控制器R GCU用于感测主发电机GEN R的GEN CT电流及断路器R GCB处的PF CT电流，若出现GEN CT开路故障，则发电机控制器RGCU执行机端电流互感器开路故障保护动作；
辅助发电机APU GEN具有发电机控制器A GCU，发电机控制器A GCU用于感测辅助发电机APU GEN的GEN CT电流及断路器APB处的PF CT电流，若出现GEN CT开路故障，则发电机控制器A GCU执行机端电流互感器开路故障保护动作。
2.根据权利要求1所述的单通道多电飞机发电机控制器的机端电流互感器保护结构，其特征在于，机端电流互感器开路故障保护动作：禁能VR，断开发电机励磁，断开断路器GCB/APB。
3.根据权利要求1或2所述的单通道多电飞机发电机控制器的机端电流互感器保护结构，其特征在于，
汇流条L 235VAC Bus与接触器L ATUC的第一端相连，接触器L ATUC的第二端与电能转换装置L ATU相连，电能转换装置L ATU又与接触器L BSB的第一端相连，接触器L BSB的第二端与汇流条L 115VAC Bus相连；
汇流条R 235VAC Bus与接触器R ATUC的第一端相连，接触器R ATUC的第二端与电能转换装置R ATU相连，电能转换装置R ATU又与接触器R BSB的第一端相连，接触器R BSB的第二端与汇流条R 115VAC Bus相连；
地面电源L FWD EP与接触器L EPC的第一端相连，接触器L EPC的第二端与接触器LBSB的第一端相连；
地面电源R FWD EP与接触器R EPC的第一端相连，接触器R EPC的第二端与接触器RBSB的第一端相连；
汇流条L 235VAC Bus与接触器LacT的第一端相连，接触器LacT的第二端与接触器RacT的第一端相连，接触器RacT的第二端与汇流条R 235VAC Bus相连；
接触器L ATUC的第二端与接触器L TRU Rly的第一端相连，接触器L TRU Rly的第二端与电源转换装置TRU L相连，电源转换装置TRU L又与汇流条L 28VDC Bus相连；
接触器R ATUC的第二端与接触器R TRU Rly的第一端相连，接触器R TRU Rly的第二端与电源转换装置TRU R相连，电源转换装置TRU R又与汇流条R 28VDC Bus相连；
汇流条L 28VDC Bus与接触器LdcT的第一端相连，接触器LdcT的第二端与接触器RdcT的第一端相连，接触器RdcT的第二端与汇流条R 28VDC Bus相连；
接触器L ATUC的第二端与接触器E1 TRU ISO Rly的第一端相连，接触器E1 TRU ISORly的第二端分别与电源转换装置TRU E1及接触器E1 TRU Rly的第一端相连，电源转换装置TRU E1又与汇流条ESS1 28VDC Bus的第一端相连，接触器ESS ISO Rly的第二端与汇流条ESS 235VAC Bus相连，汇流条ESS 235VAC Bus与电源转换装置TRU E2相连，电源转换装置TRU E2又与汇流条ESS2 28VDC Bus相连；
发电机GEN RAT与接触器RCB的第一端相连，接触器RCB的第二端与汇流条ESS 235VACBus相连；
汇流条ESS1 28VDC Bus与接触器E1T的第一端相连，接触器E1T的第二端与接触器E2T的第一端相连，接触器E2T的第二端与汇流条ESS2 28VDC Bus相连；
汇流条ESS1 28VDC Bus与接触器MBR的第一端相连，接触器MBR的第二端与汇流条HotBB1相连；
汇流条Hot BB2与接触器SPUC的第一端相连，接触器SPUC的第二端与SPU相连，SPU与接触器SPUB的第一端相连，接触器SPUB的第二端与自耦变压整流器ATRU R相连；
汇流条L 235VAC Bus与接触器L ATRUC的第一端相连，接触器L ATRUC的第二端与自耦变压整流器ATRU L相连，自耦变压整流器ATRU L又与汇流条L 270VDC Bus相连；
汇流条R 235VAC Bus与接触器R ATRUC的第一端相连，接触器R ATRUC的第二端与自耦变压整流器ATRU R相连，自耦变压整流器ATRU R又与汇流条R 270VDC Bus相连；
外部电源L AFT EP与接触器L AEPC的第一端相连，接触器L AEPC的第二端与自耦变压整流器ATRU L相连。
4.根据权利要求3所述的单通道多电飞机发电机控制器的机端电流互感器保护结构，其特征在于，主发电机GEN L供电及主发电机GEN R均为额定功率为225kVA、额定电压为235VAC的变频发电机；辅助发电机APU GEN为额定功率为200kVA、额定电压为235VAC的变频发电机；发电机GEN RAT为额度功率50kVA、额度电压为235VAC的变频发电机；地面电源LFWD EP、地面电源R FWD EP及第三外部电源L AFT EP的额定电压为115VAC；自耦变压整流器ATRU L及自耦变压整流器ATRU R的额定功率均为150kVA，电能转换装置L ATU及电能转换装置R ATU的额定容量均为60kVA，电源转换装置TRU L、电源转换装置TRU R、电源转换装置TRU E1及电源转换装置TRU E2的额定输出电流均为240A；蓄电池Main BAT及蓄电池APUBAT均为额定电压为28VDC、容量为75Ah的蓄电池。
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Non-Patent Citations (1)
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