CN115733117A - 一种航空配电系统中对tru故障综合保护的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航空配电系统中对TRU故障综合保护的系统及方法，将一个蓄电池与第二电流传感器串联在直流应急汇流条上，第一电流传感器串联在TRU输出端，电压传感器并联在TRU输出端，TRU风扇上设有转速传感器，TRU内的电压整流器的上桥臂和下桥臂分别设有一个温度传感器，在TRU输入端串联一个三相断路器；所述两个电流传感器、电压传感器、转速传感器和两个温度传感器的采集信号输入至控制器，控制器的控制信号输出至第一接触器和第二接触器。在蓄电池与第二电流传感器之间串联有蓄电池熔断器。通过对TRU输入过流、输出过流及内部发生故障各种情况下的故障隔离，实现TRU本身或配电系统保护，及时减小对整个配电系统的危害，保证系统安全、稳定运行。

Description

一种航空配电系统中对TRU故障综合保护的系统及方法

技术领域

本发明属于航空配电技术领域，涉及一种航空配电系统中对TRU故障综合保护的系统及方法。

背景技术

航空配电系统中，TRU作为直流供电源给直流负载供电，TRU发生故障时会导致系统发生短路或用电设备损坏等，但大多对TRU的故障检测方法只有输入过流保护和输出电压保护等，由于现在的TRU功能越来越复杂，且系统的测试性和安全性要求也在提高，故以上两种故障检测已不能满足现在的系统设计要求。

航空配电系统故障包括TRU风扇故障、过温故障、输出电压欠压故障、输出过流故障及输出开路故障等，并根据故障对系统的危害程度及影响，进行保护优先级判断，再将故障信息上报或将故障源隔离出电网，避免造成系统发生短路或用电设备损坏是非常重要的问题。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种航空配电系统中对TRU故障综合保护的系统及方法。

技术方案

一种航空配电系统中对TRU故障综合保护的系统，包括TRU、直流汇流条、直流应急汇流条、第一接触器1和第二接触器2；其特征在于还包括蓄电池、两个电流传感器、电压传感器、转速传感器、两个温度传感器、三相断路器和控制器；将一个蓄电池与第二电流传感器串联在直流应急汇流条上，第一电流传感器串联在TRU输出端，电压传感器并联在TRU输出端，TRU风扇上设有转速传感器，TRU内的电压整流器的上桥臂和下桥臂分别设有一个温度传感器，在TRU输入端串联一个三相断路器；所述两个电流传感器、电压传感器、转速传感器和两个温度传感器的采集信号输入至控制器，控制器的控制信号输出至第一接触器1和第二接触器2。

在蓄电池与第二电流传感器之间串联有蓄电池熔断器。

一种利用所述航空配电系统中对TRU故障综合保护的系统实施TRU故障综合保护的方法，其特征在于：

状态1、当电压传感器检测的TRU输出电压信号低于正常供电特性范围，输出电压欠压故障，断开接触器1和接触器2，由蓄电池短时给直流应急汇流条供电；

状态2、当电流传感器检测的TRU输出电流超过过流阈值时，输出过流故障，控制器发出控制信号：先断开接触器2，如果故障消失，则将故障定位在直流应急汇流条上，将第二接触器2锁定，直流汇流条正常供电；如果故障没有消失，则继续断开第一接触器1，如果故障消失，则将故障锁定在直流汇流条上，将第一接触器1锁定；

状态3、当电流传感器检测TRU输出电流等于零，TRU内部发生短路故障，三相断路器断开进行短路保护；

状态4、当两个温度传感器任意温度传感器检测TRU桥臂的温度超过设定值时，且电压传感器检测TRU输出电压正常时，为了保护TRU不被烧毁，控制器发出控制信号断开第一接触器1，TRU卸载；

状态5、当两个桥臂的两个温度传感器，检测TRU上温度差大于设定值时，说明TRU输出电压有畸变，但仍在正常范围内，给负载正常供电，控制器发出控制信号进行TRU故障告警，不需要断开负载，待飞行任务完成后，根据告警信息拆卸TRU并进行维修；

状态6、当电压传感器检测TRU输出电压信号显示电压纹波变大，会影响TRU自身和负载设备的正常工作，控制器发出需进行纹波保护信号；

状态7、当转速传感器检测TRU风扇转速信号低于设定值后进行告警或断开负载，如果负载小于负载阈值，风扇故障后TRU也能长期工作，不需要断开第一接触器1；如果负载大于负载阈值，控制器发出信号断开第一接触器1，TRU卸载，避免TRU损坏；

状态8、当电压传感器检测TRU的输出电压出现输出欠压阈值，控制器发出控制信号断开第一接触器1，进行欠压保护；若电流传感器检测TRU输出电流是否出现过流故障，如果过流数值大于过流阈值，过流故障保护优先执行；如果过流数值小于过流阈值，则欠压故障保护优先执行，保证故障情况对系统正常工作影响最小；

状态9、当电流传感器检测TRU的输出电流方向出现反向电流，虽然TRU显示正常，但内部输出线路出现开路，控制器发出控制信号断开第一接触器1。

所述过流阈值为TRU的额定电流。

所述电压纹波变大是电压纹波超出正常供电特性要求。

所述负载阈值为1/2额定电流。

所述欠压阈值为低于正常供电特性范围。

所述过流阈值为额定电流。

有益效果

本发明提出的一种航空配电系统中对TRU故障综合保护的系统及方法，将一个蓄电池与第二电流传感器串联在直流应急汇流条上，第一电流传感器串联在TRU输出端，电压传感器并联在TRU输出端，TRU风扇上设有转速传感器，TRU内的电压整流器的上桥臂和下桥臂分别设有一个温度传感器，在TRU输入端串联一个三相断路器；所述两个电流传感器、电压传感器、转速传感器和两个温度传感器的采集信号输入至控制器，控制器的控制信号输出至第一接触器和第二接触器。在蓄电池与第二电流传感器之间串联有蓄电池熔断器。

TRU故障检测是针对航空配电系统中的TRU典型故障及相应故障检测方法的研究及总结，通过对TRU输入过流、输出过流及内部发生故障各种情况下的故障隔离，实现TRU本身或配电系统保护，及时减小对整个配电系统的危害，保证系统安全、稳定运行。

附图说明

图1：本发明直流供电及保护系统原理图

图2：TRU原理框图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明基于某民用飞机的直流供电系统构型，构型一部分如图1所示，其中TRU为变压整流器，可以将输入的3相交流电转化为直流28V，输出给直流汇流条和直流应急汇流条，给挂在直流汇流条上的直流负载供电。为了保证直流应急汇流条不间断供电，给直流应急汇流条上直连了一个蓄电池。正常情况下，TRU输出的28V直流电符合要求时，控制器闭合接触器1和接触器2，给直流汇流条和直流应急汇流条上的直流负载供电，在TRU故障后，系统进入应急供电模式，断开接触器1和接触器2，由蓄电池短时给两个直流汇流条供电。

保护的系统，包括TRU、直流汇流条、直流应急汇流条、第一接触器1和第二接触器2；其特征在于还包括蓄电池、两个电流传感器、电压传感器、转速传感器、两个温度传感器、三相断路器和控制器；将一个蓄电池与第二电流传感器串联在直流应急汇流条上，第一电流传感器串联在TRU输出端，电压传感器并联在TRU输出端，TRU风扇上设有转速传感器，TRU内的电压整流器的上桥臂和下桥臂分别设有一个温度传感器，在TRU输入端串联一个三相断路器；所述两个电流传感器、电压传感器、转速传感器和两个温度传感器的采集信号输入至控制器，控制器的控制信号输出至第一接触器1和第二接触器2。

在蓄电池与第二电流传感器之间串联有蓄电池熔断器。

TRU既是直流供电源，又是交流用电负载，所以如果TRU内部发生短路故障，则会影响机上其他交流负载的供电，所以在TRU输入端可加三相断路器进行短路保护。

同样地，直流汇流条和直流应急汇流条上的负载短路时，控制器通过TRU电流传感器采集TRU输出电流，判断当前电流超过过流阈值时，执行过流隔离算法，从距离TRU较远端开始隔离。先断开接触器2，如果故障消失，则将故障定位在直流应急汇流条上，将接触器2锁定，直流汇流条正常供电；如果故障没有消失，则继续断开接触器1，如果故障消失，则将故障锁定在直流汇流条上，将接触器1锁定。

除了输入输出过流故障，TRU最常见的故障还有内部二极管故障和风扇故障，TRU原理框图如图2所示。

为了保证TRU输出电压纹波小，TRU内部采用了两组整流器，为了分别检测这两组整流器二极管温度，TRU内部安装有两个热敏电阻，安装在变压器副边三角型绕组整流器用散热器上，使用较多的是箔电阻，用来分别传输TRU内部上、下整流桥臂的温度信号给控制器，实时监测TRU内部温度。当TRU正常工作时，两个热敏电阻的温度在一定温度范围内，当整流器上桥臂或下桥臂上任一个二极管短路时会导致温度快速上升，当超过设定值时，为了保护TRU不被烧毁，需要断开接触器1，TRU卸载。

此外，由于TRU内部二极管开路等原因，可能导致两路温度差超出正常范围，该情况下TRU输出电压有一定畸变，但仍在正常范围内，可给负载正常供电，故可进行TRU故障告警，不需要断开负载，待飞行任务完成后，可根据告警信息拆卸TRU并进行维修。

当二极管短路，或电容损坏，或变压器缺相时，TRU的输出电压纹波变大，会影响TRU自身和负载设备的正常工作，需进行纹波保护。

当TRU风扇故障时，长期工作达到一定的热积累会引起TRU烧毁，故通过检测TRU的风扇转速信号，当风扇转速低于一定值后可进行告警或断开负载。具体告警或断开负载需要根据TRU的实际带载情况，如果负载小，风扇故障后TRU也能长期工作，不需要断开接触器1；如果负载大，需控制器断开接触器1，TRU卸载，避免TRU损坏。

TRU的输出电压也需要检测，因为当TRU内变压器故障时，TRU会出现输出欠压故障，影响负载正常工作，需要控制器断开接触器1，进行欠压保护。一般情况下，欠压故障和过流故障会同时出现，可根据具体过流值进行保护优先级判断。如果过流数值很大，为了防止大电流短时烧毁线路及负载，过流故障保护优先执行；如果过流数值较小，则欠压故障保护优先执行，保证故障情况对系统正常工作影响最小。

此外，当TRU正常，但内部输出线路开路时，存在TRU故障无法检测的情况。通常接触器1线圈供电为TRU直接提供，控制器输出低/开控制信号给接触器1线圈负端。当TRU输出突然开路，蓄电池会通过接触器2和接触器1将供电给到TRU输出端，控制器对接触器1的控制逻辑只判断TRU输出端电压，此时电压正常，故控制器认为TRU正常，实际上此时为蓄电池给直流汇流条和直流应急汇流条供电，待蓄电池电量放完后，两个汇流条上的直流负载均断电，这在飞机飞行过程中是非常严重的事故，故为了及时监测到这种故障，可将TRU的输出电流增加到接触器1的控制逻辑里，当TRU输出电流反向后，断开接触器1，或者可通过蓄电池电流值进行综合判断，如果接触器1闭合且蓄电池放电，则判断TRU故障，断开断开接触器1。

本实施例中的某民机项目一次配电系统中的TRU故障使用了该检测系统及保护方法，机上3台TRU输入端都使用三相断路器作为输入过流保护器件，负载或汇流条引起的过流由系统中的汇流条功率控制器的TRU过流保护算法由远及近进行故障隔离，对TRU内部二极管或风扇故障引起的过温进行过温故障保护，对二极管开路故障引起的上下桥臂温度不平衡进行温度差告警，不影响系统正常工作，对TRU输出电压进行欠压及纹波保护，保证用电负载安全工作。并根据TRU过流程度对系统造成的危害度，进行过流故障保护和欠压保护的优先级判断，保证故障情况对系统正常工作影响最小，可靠提高系统运行。

Claims (8)

1.一种航空配电系统中对TRU故障综合保护的系统，包括TRU、直流汇流条、直流应急汇流条、第一接触器(1)和第二接触器(2)；其特征在于还包括蓄电池、两个电流传感器、电压传感器、转速传感器、两个温度传感器、三相断路器和控制器；将一个蓄电池与第二电流传感器串联在直流应急汇流条上，第一电流传感器串联在TRU输出端，电压传感器并联在TRU输出端，TRU风扇上设有转速传感器，TRU内的电压整流器的上桥臂和下桥臂分别设有一个温度传感器，在TRU输入端串联一个三相断路器；所述两个电流传感器、电压传感器、转速传感器和两个温度传感器的采集信号输入至控制器，控制器的控制信号输出至第一接触器(1)和第二接触器(2)。

2.根据权利要求1所述航空配电系统中对TRU故障综合保护的系统，其特征在于：在蓄电池与第二电流传感器之间串联有蓄电池熔断器。

3.一种利用权利要求1或2所述航空配电系统中对TRU故障综合保护的系统实施TRU故障综合保护的方法，其特征在于：

状态1、当电压传感器检测的TRU输出电压信号低于正常供电特性范围，输出电压欠压故障，断开第一接触器(1)和第二接触器(2)，由蓄电池短时给直流应急汇流条供电；

状态2、当电流传感器检测的TRU输出电流超过过流阈值时，输出过流故障，控制器发出控制信号：先断开第一接触器(1)，如果故障消失，则将故障定位在直流应急汇流条上，将第二接触器(2)锁定，直流汇流条正常供电；如果故障没有消失，则继续断开第一接触器(1)，如果故障消失，则将故障锁定在直流汇流条上，将第一接触器(1)锁定；

状态3、当电流传感器检测TRU输出电流等于零，TRU内部发生短路故障，三相断路器断开进行短路保护；

状态4、当两个温度传感器任意温度传感器检测TRU桥臂的温度超过设定值时，且电压传感器检测TRU输出电压正常时，为了保护TRU不被烧毁，控制器发出控制信号断开第一接触器(1)，TRU卸载；

状态5、当两个桥臂的两个温度传感器，检测TRU上温度差大于设定值时，说明TRU输出电压有畸变，但仍在正常范围内，给负载正常供电，控制器发出控制信号进行TRU故障告警，不需要断开负载，待飞行任务完成后，根据告警信息拆卸TRU并进行维修；

状态6、当电压传感器检测TRU输出电压信号显示电压纹波变大，会影响TRU自身和负载设备的正常工作，控制器发出需进行纹波保护信号；

状态7、当转速传感器检测TRU风扇转速信号低于设定值后进行告警或断开负载，如果负载小于负载阈值，风扇故障后TRU也能长期工作，不需要断开第一接触器(1)；如果负载大于负载阈值，控制器发出信号断开第一接触器(1)，TRU卸载，避免TRU损坏；

状态8、当电压传感器检测TRU的输出电压出现输出欠压阈值，控制器发出控制信号断开第一接触器(1)，进行欠压保护；若电流传感器检测TRU输出电流是否出现过流故障，如果过流数值大于过流阈值，过流故障保护优先执行；如果过流数值小于过流阈值，则欠压故障保护优先执行，保证故障情况对系统正常工作影响最小；

状态9、当电流传感器检测TRU的输出电流方向出现反向电流，虽然TRU显示正常，但内部输出线路出现开路，控制器发出控制信号断开第一接触器(1)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述过流阈值为TRU的额定电流。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述电压纹波变大是电压纹波超出正常供电特性要求。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述负载阈值为1/2额定电流。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述欠压阈值为低于正常供电特性范围。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述过流阈值为额定电流。

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