航空地面电源标准的对比研究

任仁良 强喜龙

（中国民航大学，天津 300300）

飞机停在停机坪进行航线维护、清洁、加油、装卸货物和起动时，一般由地面电源供电。地面电源分为直流电源和交流电源，以直流电作为主电源的小型飞机使用直流电源，以交流电作为主电源的大型飞机使用交流电源。

通常可以通过两种方法获得地面电源，一种是用地面柴油发电机产生飞机所需要的电能，俗称电源车；另一种是将地面220/380V、50Hz的工频交流电通过变压整流器整流成28V直流，为飞机提供直流电源，或者通过逆变器变成115/200V、400Hz的交流电。由于电源车在使用过程中存在噪声大、污染重、使用和维护成本高等缺点，在民航已很少采用[6]。

如果使用性能不佳的地面电源向飞机供电，可能会导致飞机的用电设备性能下降甚至损坏，从而产生安全隐患。各国采用的航空地面电源标准有些差别，国外采用的标准有MIL-704E、BS 2G 219等，而国内主要采用的航空地面电源标准主要有：ISO 6858 Aircraft—Ground Support Electrical Supplies—General Requirements（国际标准），MH/ T6018《地面静态电源》Ground solid—State Power（民航标准），MH/T6019《飞机地面电源机组》Aircraft Ground Support Power Units（民航标准），GJB 572A-2006《飞机外部电源供电特性及一般要求》（以下简称GJB 572A）Electrical Power Characteristics and General Requirements for External Electrical Power Source of Aircraft（军用标准）。这几种标准在一些参数要求方面存在较大差异，这就为航空地面电源的检测带来了很大的困扰。通过对上述标准的比较分析，指出了民航标准存在的问题，提出了对民航地面电源测试应遵循的原则，为航空地面电源尤其是民航地面电源的制造和检测提供参考。

1 对地面交流电源的要求

1.1 对地面交流电源电压波形的要求

航空地面电源标准对交流电源电压波形的要求如表1所示。

通过对比可以看出，GJB 572A对于波峰系数的要求比ISO 6858、MH/T6018和MH/T6019更加严格；ISO 6858、MH/T6018和MH/T6019采用总谐波含量和单次谐波含量作为衡量电压波形的标准，而GJB 572A采用畸变系数作为衡量电压波形的标准。总谐波含量和畸变系数在表达式上是一致的，但受负载性质、发电机结构以及其他因素的影响，特别是电力电子设备的非线性负载特性以及交流电压调制、频率调制等因素的影响，实际的交流畸变电压中不仅包括基波整数倍次的谐波分量，而且还包括非整数倍次的非谐波分量。一般把频率大于基波频率的分量称为间歇波，把频率小于基波频率的分量称为次谐波。因此，采用谐波含量分析方法所得的结果无法反映实际的电压成分特性，采用畸变系数更为合理，同时还可以看出GJB 572A对于电压波形畸变的要求更为严格；半波整流和大量电力电子设备的使用给飞机交流电网带来了直流分量污染，该分量可能会影响用电设备的正常工作，因此GJB 572A对这一参数进行了限制。ISO 6858对偏离系数进行了限制，但一般谐波含量或畸变系数已经基本包含了对偏离系数的要求，通过计算也可以得到，只要满足谐波含量的要求就不会超出偏离系数规定的范围，因此在新的航空机载电源标准ISO1540：2006 Aerospace-Characteristics of aircraft electrical systems和军用机载电源标准GJB 181A–2003中都取消了这一参数[7-8]。

表1 航空地面电源标准对交流电源电压波形的要求

1.2 对地面交流电源稳态特性的要求

航空地面电源标准对交流电源稳态特性的要求如表2所示。

表2 航空地面电源标准对交流电源稳态特性的要求

通过对比可以看出，GJB 572A 对于稳态电压的要求比ISO 6858、MH/T6018和MH/T6019更加严格；而MH/T6018规定的稳态频率范围存在明显不合理的地方，国际机载电源标准ISO 1540：2006规定的机载电源频率范围为正常情况下（390～410）Hz，不正常情况下（360～440）Hz，应急情况下（360～440）Hz。由此可见，机载用电设备正常情况下完全可以承受（390～410）Hz的频率变化范围，因此，将地面电源的频率变化范围限制在±0.4Hz内是没有必要的，也是几乎不可能的，另外强行规定地面电源的频率精度达到千分之一标准将大大增加地面电源的制造难度和制造成本。航空地面电源标准对交流电源稳态特性测试方法的要求如表3所示。

表3 航空地面电源标准对交流电源稳态特性测试方法的要求

通过比较可以看出MH/T6018和MH/T6019在测试方法方面做出了具体规定而ISO 6858和GJB 572A没有对测试方法做出规定。测试方法的随意性可能会带来测试结果的多值性和不确定性，从而给产品性能指标的判定带来困难。

ISO 6858、MH/T6018和MH/T6019规定的测试条件为包括空载到额定负载，功率因数由0.8滞后到1.0的任一平衡负载和不平衡负载条件下，在插头处进行测试。GJB 572A规定的测试条件为由空载至额定电流，功率因数由0.75滞后到0.95超前的任一平衡负载及不平衡负载在插头处进行测试。当用电设备为很大的容性负载时，可能会引起地面同步发电机的自激现象。当自激发生时，同步发电机的电流会自发地单调上升，以至于发电机无法对输出电压进行调节，会产生与发电机的励磁电流不相称的过电压，可能会造成过压保护动作或用电设备损坏。

1.3 对地面交流电源暂态特性的要求

航空地面电源标准对交流电源暂态特性的要求及分析如表4、图1和图2所示。

通过比较可以看出，ISO 6858和MH/T6019的测试方法是相同的，而MH/T6018和GJB 572A的测试方法是不同的。从测试方法上讲，由空载进行加载/卸载的测试方法要比在有一定负载基础上再进行加载/卸载的测试方法更加严格，由空载进行突加负载可能产生更大的暂态浪涌电压及尖峰电压。此外，GJB 572A要求同时对感性负载和容性负载进行测试，由此可知GJB 572A对交流暂态电压测试方法的要求最严格。同时还可以看出，GJB 572A可以允许的瞬时最大（小）电压为150（85）V，比另外3个标准要求的140（90）V要有所放宽，但是GJB 572A对暂态过渡过程的要求为0.08 s，比另外3个标准的要求有所提高。

2 对地面直流电源的要求

2.1 对地面直流电源稳态特性的要求

航空地面电源标准对直流电源稳态特性的要求如表5所示。

通过对比可以看出GJB 572A对直流电源的电压和脉动的要求比另外3个标准更加严格，另外GJB 572A还增加了对畸变系数的要求。

2.2 对地面直流电源暂态特性的要求

航空地面电源标准对直流电源暂态特性的要求及分析如表6、图3和图4所示。

MH/T6018和MH/T6019对直流暂态电压的测试方法和要求与ISO 6858的规定相同，只是经过加载和卸载暂态过程后回到稳态的范围不同，为26～30V。通过对比可以看出GJB 572A可以允许的瞬时最大（小）电压为40（20）V，比另外3个标准要求要有所放松，但是GJB 572A对暂态过渡过程的要求为0.08s，比另外3个标准的要求有所提高。此外，GJB 572A对最终稳态电压的要求也比另外3个标准更加严格。

表4 航空地面电源标准对交流电源暂态特性的要求

图1 ISO 6858、MH/T6018和MH/T6019规定的交流暂态电压极限范围

图2 GJB 572A规定的交流暂态电压极限范围

表5 航空地面电源标准对直流电源稳态特性的要求

表6 航空地面电源标准对直流电源暂态特性的要求

图3 ISO 6858规定的直流暂态电压范围

图4 GJB 572A规定的直流暂态电压范围

3 对保护装置的要求

3.1 对交流系统保护的要求

对航空地面电源交流系统保护的要求及分析见表7、图5和图6所示。

通过比较可以看出，4个标准规定的过压保护均具有反延时特性，但是ISO 6858规定的过压保护动作电压为132V， MH/T6018和MH/T6019规定的过压保护动作电压为126V，GJB 572A规定的过压保护动作电压为125V，由此可知GJB 572A对过压保护的要求更为严格。4个标准规定的欠压保护均采用固定延时，但是ISO 6858、 MH/T6018和MH/ T6019规定的欠压保护动作电压为102V，GJB 572A规定的过压保护动作电压为105V，由此可知GJB 572A对欠压保护的要求更为严格。ISO 6858还规定出现小于70V的严重欠压时，立即断开供电，可以防止电子设备的不正常工作以及误操作。MH/T6018没有对过频、欠频和相序保护做出相关规定。

3.2 对直流系统保护的要求

对航空地面电源直流系统保护的要求及分析见表8、图7所示。

通过比较可以看出，4个标准对于直流保护的规定大体是一致的，与交流过压和欠压保护类似，GJB 572A对直流过压保护和欠压保护的要求也更加严格。另外ISO 6858和 MH/T6019对反流保护做出了更严格的规定，禁止在任何情况下用飞机电气系统给地面设备供电。

4 结论

图5 GJB572A规定的交流电压过压和欠压跳闸区域

图6 GJB 572A规定的交流电压过频和欠频跳闸区域

表7 对航空地面电源交流系统保护的要求

表8 对航空地面电源直流系统保护的要求

图7 GJB 572A规定的直流电压过压和欠压跳闸区域

国内外地面电源标准在参数范围和测试方法的规定上存在较大差异，给地面电源的制造和检测带来了很多不确定性。国际地面电源标准和军用标准大都没有给出对参数测量的具体测试方法，而国内民航标准给出了具体的测试方法，因此具有更好的可操作性。

对民用航空器来说，地面电源必须优先满足国际标准地面电源标准，同时满足国内民航标准，因为在地面时要给在我国机场降落的所有飞机供电。在对国内制造的地面静态电源进行检测时，除频率外（MH/T6018对频率的要求有误），测试标准和要求应同时满足ISO6858和MH/T6018，具体检测项目以要求高的标准为依据。

[1] ISO 6858: 1982. Aircraft—Ground support electrical supplies—General requirements [S].

[2] MH/T6018:1999. 地面静态电源[S].

[3] MH/T6019:1999. 飞机地面电源机组[S].

[4] GJB 572A:2006. 飞机外部电源供电特性及一般要求[S].

[5] ISO 1540:2006. Aerospace—Characteristics of aircraft electrical system [S].

[6] 任仁良，张铁纯.涡轮发动机飞机结构与系统（ME-TA）下册[M].北京：兵器工业出版社，2006:372-373 .

[7] 罗国华.交流电压波形的偏离系数及其测定[J].现代机械.1988，12:11-13.

[8] 雷涛.飞机供电系统参数测试方法研究及系统设计[D].西安：西北工业大学，2002.