波音787飞机供电特性标准分析

王宏霞 孙 良

( 中航工业综合技术研究所，北京 100028)

波音787飞机供电特性标准分析

王宏霞 孙 良

( 中航工业综合技术研究所，北京 100028)

介绍了波音787飞机的供电系统类型及供电特性标准要求，对比分析了波音787飞机的供电特性要求与ISO 1540等标准的技术指标的差异，为我国民用飞机供电系统设计提供参考。

飞机；供电特性；标准

飞机供电特性标准规定了机载用电设备端的供电特性要求，是飞机供电系统设计的依据性标准，也是供电系统和用电设备的协调标准，在飞机电气系统标准体系中占有重要地位。国际上存在很多飞机供电特性标准，包括国际标准和各个国家的各级各类的飞机供电特性标准，其中在民机研制领域国际上比较认可和采用比较多的标准主要有ISO 1540:2006《航空航天-飞机电气系统特性》、RTCA DO-160《机载用电设备的环境条件和试验方法》和MIL-STD-704《飞机供电特性》系列标准。飞机研制公司依据上述标准，并结合各型飞机不同的供电需求，均编制有各型飞机的供电特性标准或企业标准，包括波音公司技术文件B787B3-0147《B787飞机供电品质和设计要求》、空客公司的ABD0100.1.8等。

B787B3-0147由波音电气分系统编制，并得到包括ECE、ELdec、Goodrich、Hamilton Sundstrand、Honeywell、Smiths Aerospace和Thale等供应商的支持，规定了飞机供电品质的术语定义、波音787飞机供电品质参数体系和指标要求，以及对电气、电子设备设计要求，包括各项具体要求、相应的验证要求和设计者注意事项等。B787B3-0147对大型客机电气系统设计极具参考价值。

1 标准架构

B787B3-0147编制的目的是保证波音787飞机电气、电子设备与机上及地面供电系统之间的兼容性，并保证波音787飞机所要求的性能、可靠性和维修性。本标准共分5章和1个附录，标准结构如图1所示。其中：

第3章“电气系统供电品质”规定了施加在负载设备端的供电特性、用电设备的要求和用电设备的试验要求。其中3.4节为用电设备设计的一般要求，包括了控制用电设备对飞机供电系统影响的设计要求和验证方法。

第4章“通用设计和验证要求”规定了电气和电子设备在设计、制造过程中用到的工艺、包装、材料、部件和元器件等方面的要求。

第5章“电气设计资料要求”规定了电气和电子设备供应商应提供的设计资料要求。

2 主要技术内容分析

B787B3-0147的主要技术内容集中在第3章和第4章，其每项要求的编写基本上都是按设计要求、验证要求、设计者注意事项进行编排。

B787B3-0147中的验证要求与设计要求相对应，设计者注意事项中描述该项要求相关的经验教训，以及相关型号的情况等，以指导型号研制和设计。这种编排方式应该说更便于标准的应用和实施，在我国的型号标准编制中也是值得借鉴的。

2.1 术语

B787B3-0147的术语共25个，基本可分为基本术语、状态术语和参数术语3类。基本术语包括负载设备（也称“用电设备”）、 短时负载、供电品质接口；状态术语包括正常工作、非正常工作、待机、不安全条件；参数术语包括稳态值、交流电压、电压调制、脉动电压、三相平均电压、频率、频率调制、相位差、相电压不平衡、总谐波含量、单次谐波分量、瞬态、电压浪涌、电压尖峰、功率因数、差动电压、共模电压等。

B787B3-0147大部分术语的定义与ISO 1540:2006基本一致，但对波形考核，采用了传统的总谐波含量和单次谐波分量进行考核，在ISO 1540:2006中则采用畸变系数和畸变频谱。单从电源角度分析，采用总谐波含量和单次谐波分量考核没有问题，但要考虑用电设备的影响尤其是大功率非线性负载对系统的影响，仅对谐波进行规定是不够的，必须对非谐波含量进行限制。供电特性标准规定的是用电设备端的电能品质要求，因此ISO 1540:2006的指标要求更全面、合理。分析来看，作为型号标准，B787B3-0147全面系统地规定了对用电设备的限制性要求，并规定了相应的试验要求和方法，可能认为不需再对非谐波含量进行限制了。就标准本身而言，我们仍建议采用畸变进行考核，而不是谐波。

差动电压和共模电压是针对±270V和±130V直流系统的特有规定，目前在其他供电特性标准中均没有涉及到。2.2 供电电源

B787B3-0147规定的供电电源的类型包括以下几类：

2.2.1 交流供电

● 相电压235V（线电压407V）、频率范围为360Hz～800 Hz的三相四线制交流系统；

● 相电压115V（线电压200V）、频率范围为360Hz～800 Hz的三相四线制交流系统。

2.2.2 直流供电，分6种类型

图1 标准架构

● I类直流供电：由两线的变压整流器（TRU）提供的28V直流供电，且不带备用蓄电池，该TRU由交流系统供电。TRU负线连接到电流返回网络，且电流返回网络作为第二根线。

● II类直流供电：正常时由I型直流电源供电，且带有一个28V（额定值）蓄电池系统作为备份电源。

● III类直流供电：由28V（额定值）蓄电池系统供电，并带有蓄电池充电器作备份。

● IV类直流供电：正常时由专用永磁发电机（PMG）供电的28V（额定值）变换调压器（电源模块）提供，该永磁发电机在每个变频起动发电机（VFSG）上安装一个。为变换调压器供电的备份电源包括：I型直流供电和飞行控制电子柜蓄电池，或者是II型直流供电和III直流供电。IV型直流供电专为电传飞控系和独立设备供电。

● V类高压直流供电：是由相电压235V（线电压407V）的主交流系统供电的两线自耦变压整流装置（ATRU）系统来提供±270V（额定值）的系统。系统的两个输出端相对电流返回网络的电压分别应为+270V和-270V，所有±270V设备应连接在+270V和-270V端之间。

● VI类直流供电：是由I型直流供电或III型直流供电系统供电的一个为两线电动刹车供电装置（EBPSU）系统提供±130V （额定值）的系统。系统的两个输出端相对电流返回网络的电压分别应为+130V和-130V，所有±130V设备应连接在+130V和-130V端之间。VI型直流供电专为起落装置电动刹车系统供电。

由上述规定可以看出，B787飞机供电电源类型划分较多，必然增加供电系统设计的复杂性。其交流供电系统同时采用了115V相电压和230V倍电压两种电压等级、频率范围为360Hz～800 Hz的三相四线制变频交流系统，这也是230V倍电压交流供电体制在民用飞机研制中的首次应用，其供电特性规定和应用实践也为其他机型的设计提供了经验和参考。2.3 供电特性

B787B3-0147规定了B787飞机供电系统正常工作状态和非正常工作状态下负载设备端的供电特性的极限要求，以及相应的验证要求和提起设计者注意的事项。这些特性适用于地面模式和飞行模式。通过对B787B3-0147技术内容的初步分析，其供电特性参数体系与ISO 1540:2006基本一致，增加了直流270V、130V供电特性要求，并且分类更加细化，充分体现了型号技术规范的特点。下面就115V变频交流系统的主要供电特性参数与ISO 1540:2006作一对比，见表1。

表1 115V变频交流系统主要供电特性对比

由表1可以看出：

在正常稳态特性中，B787B3-0147加严了相位差、电压不平衡、电压调制的指标，相位差与电压不平衡相关，指标的加严，说明波音公司对用电设备的负载特性的控制较好，在供电系统与负载的匹配性设计上具有较高的水平，能够将三相负载的平衡度进行较好的控制。

正常电压瞬变是由于电气负载变化或发动机转速变化等原因引起的正常范围内的电压变化，在ISO 1540:2006对最大电压瞬变规定为70V～170V，而B787B3-0147规定为80V～134V，也是非常严格的。

另外，B787B3-0147对非正常供电指标放得比较宽，包括非正常稳态电压范围、电压瞬变特性、直流分量等，分析来看主要是考虑飞机的安全性，以最大程度地保证飞机供电能力，但对用电设备的承受能力来说提出了更高的要求。

2.4 负载设备的电气设计和验证要求

对用电设备的要求有助于保证用电设备、飞机电源和配电设备在系统工作时，不会导致任何用电设备端的供电特性超出标准规定的极限范围，以保证系统的正常工作。在飞机供电特性标准中均会从用电设备对供电系统的影响方面对用电设备提出要求。

B787B3-0147的“负载设备的电气设计和验证要求”包括：三相电动机的交流电动机起动性能、直流反极性、负载对飞机供电电源的影响（包括最大功率需求（冲击）、双余度供电输入、负载开关特性、负载需求变化、电流谐波、相不平衡、功率因数、输入电容、稳定性要求、输入电流畸变频谱、电气故障或过载保护等）、闪电传导瞬变、三相共芯负载中线、功率线频差、交流断开相等方面的要求。B787B3-0147对负载设备的要求是非常全面的，在ISO 1540:2006中也提出了类似的要求，包括功率因数、负载切换瞬变、冲击电流、输入电流调制、电流畸变、输入电容等。

在型号标准编制过程中，应综合分析供电系统的特性以及各类负载特性，依据飞机供电特性标准中的相关规定，有针对性地提出对用电设备的具体要求。

3 结论和建议

从上述分析可以看出，在供电特性参数指标上，B787B3-0147与ISO 1540:2006存在一定的差异，在相位、电压不平衡、电压调制等指标上B787B3-0147要求较高，尤其是电压不平衡，同时放宽了直流分量的要求。电压不平衡主要与各相用电负载的均衡、电网设计等相关，该指标的加严，对系统设计提出了更高的要求。

鉴于目前我国电源技术和电气系统设计技术的水平有限，建议在我国大型运输机和大型客机的电气系统设计，应参考B787B3-0147的要求，在GJB 181B-2012《飞机供电特性》（等效MIL-STD-704F）和GB/T 30203-2013《飞机电气系统特性》（修改采用ISO 1540:2006）等标准要求的基础上，适当调整个别供电特性指标要求，编制有特色的飞机型号供电特性标准，以指导具体机型的研制。

（编辑：雨晴）

T–65

C

1003–6660（2014）05–0046–04

10.13237/j.cnki.asq.2014.05.013

[收修订稿日期] 2014-06-18