救援绞车的故障分析

矫秀华

摘要：救助飞行队目前S-76C+直升机安装由GOODRICH生产的电动、可变速绞车，绞车工作正常与否直接关系到救助的性质和范围。本文通过对绞车的具体故障进行分析，明确故障原因以及以后工作中需注意的问题。

关键词：绞车;电压;AC供电;发电机控制组件

0  引言

在人命救助过程中，如果周边的救助环境不利于直升机降落，比如山地、海上，直升机上绞车手会通过操纵钢索收放将遇险人员从被困地救助到直升机上，从而运到安全的地面，完成人员转运，因此救援绞车在直升机救助尤其是海上人命救助中发挥了重要的作用。

1  故障现象

一段时间内，安装在S-76C+救援直升机的件号为42325-12-4救援绞车在两架直升机上先后多次出现绞车冒火、烧焦异味等情况（其中一架直升机出现1次，另一架直升机出现3次）。具体如下：①2016年4月9日，第一架直升机进行夜航训练，绞车手在起飞前的绞车操作检查时，从绞车通风口处发现绞车内部有火花出现，并闻到烧焦味道，飞行员立即关车，机务人员打开绞车盖板检查，发现绞车电机附近的滤波器周围有明显的烧焦痕迹，并闻到明显的烧焦味道，未发现其他部位有异常。②2017年1月24日，第二架直升机在飞行训练前地面开车检查绞车时，绞车手闻到明显的烧焦味道，后经机务人员检查发现，该直升机的绞车也同样出现了绞车滤波器烧焦的痕迹，并在周围有胶状物，当时怀疑为清洁钢索的油脂或者电阻内部的溶液。③2017年4月12日，在飞行训练开车过程中，第二架直升机更换绞车后再次出现绞车故障，具体为在驾驶舱超控时绞车发出糊味。经检查发现，绞车的滤波器也同样出现了烧焦的痕迹。④2017年4月20日，在地面开车后进行绞车测试时，第二架直升机更换绞车后再一次出现绞车烧焦异味，绞车手在后舱操纵绞车时闻到异味，前舱超控时又有味，并且越来越大，飞行员立即关车。机务人员随后打开盖板发现异常，并有刺激性气味。

在此过程中，机务人员多次检查直升机和绞车的线路，地面开车检查直升机的输出电压，并将检查结果和绞车故障现象与绞车厂家联系，厂家初步认为该故障为绞车自身故障，与直升机线路无关，要求将绞车返厂修理。

故障发生时段均发生在直升机地面开车（两台DC发电机上线，AC发电机上线），绞车手操纵绞车进行例行检查时，并且飞行员反映直升机地面开车均按照SOP（标准工作程序）进行的，故障发生时，驾驶舱显示一切正常，无警告和异常。

2  排故分析

绞车故障发生后，经过分析可能造成该故障的原因较多，汇总如下：①绞车内部部件短路。在日常清水冲洗直升机时可能有水进入，或者润滑钢索的滑油进入等未知因素，造成部件短路。但是该类型绞车安装在直升机运行十多年，一直用水冲洗直升机，用滑油润滑绞车钢索，从未发生这种情况，只在近1年出现，基本排除洗直升机、润滑钢索导致，因此，怀疑最近返修的绞车内部防水有问题。针对这种怀疑，决定在找到原因之前，规定不再用水直接冲洗绞车，且每次润滑钢索结束后，将钢索附近的滑油清洁干净。②绞车修理质量有问题。由于在烧毁的绞车中，有新返厂送修回来的绞车，该绞车有间隙性收放的问题，因此对绞车维修单位的维修质量持一定的怀疑态度，并且就这个问题已联系绞车厂家和绞车维修单位，希望协助找出原因和解决措施。③绞车老旧，不排除部件老化造成性能降低。但是其中烧毁的绞车有的是新件。④直升机供电电压存在问题，造成过压等烧毁元器件。由于厂家之前初步认定与直升机电压没有关系，使机务人员的排故重点放在绞车质量问题上，但是最后一次出现的故障绞车在其他直升机上正常使用，安装到该直升机上后立即出现故障，让我们的排故思路不再局限于绞车本身质量问题，而是与绞车相关的供电系统。因此将故障主要原因定位在直升机的供电系统上。

3  系统工作原理

3.1 绞车用电分析

该类型救援绞车输入电源为28V直流电，直流电来源于以下几个方面：在地面上，仅使用地面电源车给直升机供电时，绞车使用的是地面电源车供给的直流电。当直升机两台DC（直流）发电机正常工作，AC发电机不工作时，绞车使用的是DC发电机供给的直流电。当AC发电机正常工作时，绞车使用的是AC发电机输出的交流电经整流转换后的直流电。

为检查直升机电压确认故障原因，根据思路分两部分进行：①地面仅接地面电源，分别测量直升机供电电压（不接绞车、接绞车、操纵绞车三种情况），此时绞车用电来自于地面电源车提供的直流电。②地面开车，AC发电机正常工作，分别测量直升机给电电压（不接绞车、接绞车、操纵绞车三种情况），此时绞车电源为AC发电机輸出的交流电整流转换的直流电。第一架发生绞车故障的直升机，在排故中已经发现绞车输入的电压偏高，但经联系厂家，初步认定是绞车的问题，因此未进一步跟踪供电情况，但在后续由于进行了其他的AC发电机系统排故更换了AC发电机，因此该故障在第一架直升机上仅出现了1次，后面没有再出现过绞车故障;发生3次绞车故障的第二架直升机经电压测量，与目前使用正常的其他直升机的电压进行比较，如表1，发现故障直升机绞车输入电压偏高，监控AC发电机输出电压发现，电压波动厉害，最高至126V，但过程中驾驶舱并未出现AC GEN警告。

3.2 直升机AC发电机供电系统

S-76C+直升机AC发电机供电系统主要部件为AC发电机、AC发电机控制组件（GCU）、继电器以及负载。主要为风挡加温系统、发动机防冰系统、绞车供电，以及作为直升机交流电源负载的供电备份。

AC发电机是由主减驱动的无刷自励磁发电机，负责输出200/115V，400HZ（370-430HZ正常）三相交流电。

AC发电机控制组件负责电压调节、发电机保护和负载保护等，负载保护电路负责过压，欠压和欠频的监控保护，发电机保护电路负责馈电故障和过流保护。

当AC发电机输出超限时，AC发电机控制组件负责采取切断励磁、AC发电机下线来保护发电机和负载。

根据S-76C+维护手册要求，当AC发电机输出电压从115VAC到120±1.5VAC，大约2秒;电压从115VAC到135±0.1VAC，大约140-230百万秒，就会启动过压保护机制。但实际情况是当AC输出电压超过限制时，保护机制未正常启动。

3.3 绞车内部设置EMI滤波器

绞车内部在电源进线处加入EMI滤波器（Electromagnetic Interference简称EMI），它是一种低通滤波器，作用是允许设备正常工作时的信号进入设备，而对高频的干扰信号有较大的阻碍作用。通常由串联电抗器和并联电容器组成。在选择和使用EMI滤波器时，考虑最主要的特性参数是额定电压、额定电流等。额定电压是EMI电源滤波器用在指定电源频率时的工作电压，也是滤波器最高允许的电压值，当输入电压过高，就会使内部电容器损坏。

4  故障结论

在故障绞车的送修报告中也提到，绞车滤波器烧毁并且有过流现象。因此目前主要任务是排除AC输出电压不稳定并电压超限的问题。

上文提到，AC发电机供电系统主要部件为AC发电机、AC发电机控制组件和继电器，根据分析，该故障与继电器没有关系，因此目前排故思路在确认AC发电机和AC发电机控制组件的正常与否上。

根据故障现象，AC发电机的输出电压，在超出正常电压时并未出现驾驶舱警告，基本可以确定AC发电机控制组件故障，未能实现监控保护功能。為确认AC发电机工作正常与否，采用串件的方式进行了确认，将AC发电机安装到正常工作的直升机上后，地面开车检查发现，AC发电机输出电压频率稳定在正常工作范围内，在打开绞车进行操纵时，参数依然稳定，因此确认AC发电机工作正常。为确认AC发电机控制组件故障，同时防止继续烧毁其他绞车，在故障确认时，负载仍然使用烧毁的绞车，根据故障初步认定AC发电机控制保护功能失效，在AC发电机工作正常的情况下，串件安装该GCU不会有更严重的后果，因此将该控制组件安装到正常工作的直升机上后，地面开车检查发现，AC发电机电压波动厉害，比之前的测量数值恶化严重，并且依然没有出现任何AC警告。检查绞车滤波器输出电压发现，输出电压偏高。详情如表2。

最终确认AC发电机控制组件电压调节功能失效、过压监控功能失效，致使AC发电机输出电压过高，未触发负载保护机制，造成绞车滤波器烧毁，在更换AC发电机控制组件后，该直升机运行2年来未出现该故障。

为防止类似事件在此发生，要求飞行员在使用绞车过程时额外关注AC发电机电压，当出现过高电压或者电压不稳定时，立即停止使用绞车，防止绞车烧毁。

5  经验总结

此次故障历时1年，由于厂家技术支持不到位，先后造成4次绞车返厂维修，由于绞车返厂维修周期长，费用高，对机务维修工作以及救助值班造成极大压力，同时也对机务人员以后的排故工作提供了经验教训。由于电源系统故障的特殊性，烧毁击穿部件的不可逆性，以后再遇到类似电源故障时，谨慎进行故障排除，做好前期的电路分析和预想，否则易造成极大的财产和停场时间损失。

参考文献：

[1]黄河清.电源EMI滤波器研究[J].西安.西安电子科技大学，2009.

[2]Sikorsky， S-76C/C+/C++maintenance manual，R32，Jun31/17.

[3]Goodrich， component maintenance manual part number 42325-12， R13，Dec15/08.