CN110556786A - 单通道多电飞机发电机控制器的缺相及差动保护结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开单通道多电飞机发电机控制器的缺相及差动保护结构，缺相保护用于确定发电机的AC三相是否与中性点断开，或者与三相AC负载断开，以保护飞机上那些接在AC汇流条上的用电设备。差动保护会检测发电机的输出电流是否大于同一相的AC馈线电流，从而防止在馈线或者连接器上出现短路。

Description

单通道多电飞机发电机控制器的缺相及差动保护结构

技术领域

本发明涉及单通道多电飞机发电机控制器的缺相及差动保护结构。

背景技术

发电机控制器（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。其中缺相及差动保护是GCU的一种基本保护功能。

传统飞机的供电容量小，多电飞机供电容量大，因此原有的保护阈值要重新整定，保护控制逻辑也要根据新的系统架构进行设定。

发明内容

本发明要提供一种新型的单通道多电飞机发电机控制器的缺相及差动保护结构，设计了新的保护阈值，保护动作内容，以及保护抑制条件。

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缺相及差动保护结构，包含有，启动发电机、发电机控制器、发电机断路器、汇流条235VACBus、汇流条115VAC Bus、汇流条28VDC Bus、汇流条ESS 28VDC Bus及汇流条270VDC Bus。发电机控制器用于采集启动发电机的各相电流，若各相电流中最低相的电流小于11A且次低相的电流比最低相的电流大55A，则发电机控制器执行缺相保护动作。

作为单通道多电飞机发电机控制器的缺相及差动保护结构，其特征在于，缺相保护动作，包含有，

步骤S1，禁能VR；

步骤S2，断开启动发电机的励磁；以及，

步骤S3，断开发电机断路器。

单通道多电飞机发电机控制器的缺相及差动保护结构，包含有，启动发电机、发电机控制器、发电机断路器、汇流条235VAC Bus、汇流条115VAC Bus、汇流条28VDC Bus、汇流条ESS 28VDC Bus及汇流条270VDC Bus。发电机控制器用于采集发电机相电流及相电流对应的馈线电流，若发电机相电流小于405A且发电机相电流比对应的馈线电流大30A，或，发电机相电流大于或等于405A且发电机相电流比对应的馈线电流大45A，发电机控制器执行差动保护动作。

作为单通道多电飞机发电机控制器的缺相及差动保护结构的优选方案，差动保护动作，包含有，

步骤S1，禁能VR；

步骤S2，断开/闭锁启动发电机的励磁；以及，

步骤S3，断开并闭锁发电机断路器。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，

1.防止在馈线或者连接器上出现短路。

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为本发明一实施例的多电飞机的电源系统架构。

图2为本发明一实施例的缺相及差动保护信息采集点。

图3为本发明一实施例的缺相保护的控制逻辑。

图4为本发明一实施例的差动保护的控制逻辑。

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。

请参见图1，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L GCB、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、R GNR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LAEPC。

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。

相对多电飞机，传统飞机的电源系统架构要简单的多，如图2所示。传统飞机的发电机汇流条为115VAC，因此省却了从235VAC到115VAC的电能转换装置ATU，也省却了从235VAC到270VDC的电能转换装置ATRU。

与传统飞机的115VAC/400Hz定频发电机不同，多电飞机采用了235VAC的变频发电机，因此其缺相及差动保护阈值需要重新整定，同时要设定相应的保护控制逻辑。

请参见图2，缺相及差动保护的信息采集点。

1 缺相保护（OP，Open Phase Protection）

缺相保护用于确定发电机的AC三相是否与中性点断开，或者与三相AC负载断开，以保护飞机上那些接在AC汇流条上的用电设备。GCU会采集发电机CT上的电流以获取缺相保护所需的必要信息。当最低相的电流小于11A，而次低相的电流比最低相大55A时，缺相保护会在4s内动作，禁能VR，断开发电机励磁，以及断开GCB/APB。

若VR使能命令为假，或这过载条件为真，则缺相保护被抑制。缺相保护跳闸后，会抑制/闭锁对应VFSG/ASG的发动机启动能力。

缺相保护的控制逻辑如图3所示。

2差动保护（DP，Differential Protection）

差动保护会检测发电机的输出电流是否大于同一相的AC馈线电流，从而防止在馈线或者连接器上出现短路。发电机的每相电流和馈线的每相电流都需要采集，当发电机的电流比对应相的并联馈线（两根并联）电流之和大于如下数值时，则差动保护动作：

1) 在发电机电流小于405A时，前者比后者大30A；

2) 在发电机电流大于等于405A时，前者比后者大45A。

GCU会在上述条件满足后，延时30ms触发保护动作，此时，GCU会禁能VR，断开/闭锁发电机励磁，并在70ms内断开并闭锁GCB/APB。差动保护会在检测到DC分量条件时被抑制，在VR使能条件为假时，也会抑制差动保护功能。

由差动保护引起的跳闸会抑制/闭锁对应VFSG/ASG的发动机启动能力。

差动保护的控制逻辑如图4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 (5)

1.单通道多电飞机发电机控制器的缺相及差动保护结构，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；

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；

发电机控制器用于采集启动发电机的各相电流，若各相电流中最低相的电流小于11A且次低相的电流比最低相的电流大55A，则发电机控制器执行缺相保护动作。

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缺相及差动保护结构，其特征在于，缺相保护动作，包含有，

步骤S1，禁能VR；

步骤S2，断开启动发电机的励磁；以及，

步骤S3，断开发电机断路器。

3.单通道多电飞机发电机控制器的缺相及差动保护结构，包含有，启动发电机、发电机控制器、发电机断路器、汇流条235VAC Bus、汇流条115VAC Bus、汇流条28VDC Bus、汇流条ESS 28VDC Bus及汇流条270VDC Bus，其特征在于，发电机控制器用于采集发电机相电流及相电流对应的馈线电流，若发电机相电流小于405A且发电机相电流比对应的馈线电流大30A，或，发电机相电流大于或等于405A且发电机相电流比对应的馈线电流大45A，发电机控制器执行差动保护动作。

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缺相及差动保护结构，其特征在于，差动保护动作，包含有，

步骤S1，禁能VR；

步骤S2，断开/闭锁启动发电机的励磁；以及，

步骤S3，断开并闭锁发电机断路器。

5.根据权利要求1所述的单通道多电飞机发电机控制器的缺相及差动保护结构，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L FWDEP、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。