PLC与OTM组成低压联络失效案例分析报告

高扬

（民航云南空管分局技术保障部 云南省昆明市 650200）

航空飞行安全作为一个动态过程，需要地面大量的设备对整个飞行过程进行实时通信、导航和监视作用。而这些通信导航监视设备通常以台站的形式集中建设并分布于各地。为满足上述需求，同时避免信号受到干扰，航空台站会选择建设在一些人烟罕至、交通不便的地方，造成台站供电线路过长、电源质量差等基础性保障难度的增加，出现了选址环境需求与保障难度这一矛盾。

针对上述矛盾，同时为规范民航空管通信导航监视设备供配电系统和设备电源接入的相关技术工作，中国民用航空局空中交通管理局于2015年下发了《民航空管通信导航监视设施设备供配电配置指导材料》，将空管通信导航监视设施设备负荷保障等级分为空管一级供电保障和空管二级供电保障[1]，不仅对电源数量作出相应规定，还需要多电源之间具备相互切换的功能。本文将以某台站使用的OTM 低压双电源自动切换装置失效展开分析，并根据分析结果提出相应的改进措施及建议。

1 案例背景

1.1 案例简介

自2018年以来，某民用导航台低压柜上的OTM 自动切换装置出现频繁跳闸、自动控制失效并伴有柴油发电机组启动的情况，每次发生均无明显的时间规律。出现这种情况时，值守人员只能将所有操作模式切换为手动模式，并根据应处置操作流程对OTM 开关进行手动操作；约半小时以后，将操作模式切换为自动模式后，OTM 的自动控制功能恢复正常。

1.2 台站供电配置

此台站属于空管一级负荷，两路市电分别从两个稳定可靠的独立电源引入，低压采用二段母线分段运行，同时台站配有一台柴油发电机组作为备用电源为I 段母线提供保障。两段低压的进线开关编号分别为010 和020，均采用框架断路器；两段母线中间通过012 塑壳断路器实现分段与联络；030 为柴油发电机输出开关；4 个开关的自动逻辑关系由PLC 进行控制，其中012 和030 分别接入OTM，通过PLC与OTM组成低压联络的形式实现市电与柴油发电机组的切换。

2 原因分析

在对台站的故障处置过程中，供电技术人员结合低压控制系统的组成，围绕“频繁”和“失效”两个不同现象分别从PLC、OTM 和断路器分励脱扣器等元器件展开分析。通过排除法，对供电质量进PLC 程序代码、输出端子、二次接线、OTM 执行机构、OTM 参数设置及断路器机构的逐项分析，最终发现造成OTM 自动切换装置出现频繁跳闸的原因主要为电源质量较差，而失效的主要原因为OTM 接线方式与标准接线存在差异。

图1：安装接线图

2.1 频繁跳闸原因分析

技术人员通过查阅台站的电压记录，发现造成OTM 频繁动作的主要原因为导航台电源质量较差，造成断路器线圈失压脱扣。其中，记录显示一个电源的电压长期处于偏低状态，且波动范围较大，最低时仅为333V，超出电压波动下限，经排查发现该线路存在其他大功率用户存在。

2.2 失效原因分析

2.2.1 OTM 的使用介绍

OTM 是用于两个电源间的选择/转换装置，可以通过选择自动/按钮模式电动操作开关，也可以用手柄手动操作开关。电动/手动操作模式的选择可以通过电动操作机构上的电动/手动选择手柄来进行。

2.2.2 台站OTM 的使用情况及标准接线

台站目前使用的OTM 产品型号为OMD800 型。该型号有两个传感器用于检测两路电源，具有检测电压、频率、相间电压平衡和启动/停止发电机的功能。根据产品功能，标准接线如图1所示。2.2.3 台站OTM 实际接线方式

由于配电室空间有限，低压系统采用二段母线分段运行，中间联络是通过编号为012 的塑壳断路器实现。其中I 段母线与OTM的输出端相接，而OTM 的LN1 开关输入端与012 塑壳断路器的进线端相接；II 段母线接入01 塑壳断路器的出线端。柴油发电组的输出通过030 塑壳断路器接入OTM 的LN2 开关输入端，从而实现市电与市电、市电与备用电源的切换。由于导航台的实际接线方式与标准接线有差异，造成OTM 在使用环境上发生一定变化，主要有以下两点：

2.2.3 .1 电源数量不同

OTM 是用于双电源的切换，实现二选一的功能，即正常使用为双电源；而台站使用电源为两路市电和一路柴油发电机组输出，实际为三电源。

2.2.3 .2 OTM 的电源进线方向不同

标准接线的OTM 为LN1 和LN2 为电源的进线端，下端口为输出端；而实际接线为I 回接入OTM 的输出端，II 回接入LN1 端，油机输出接入LN2 端。

2.2.4 OTM 与PLC 的组合功能

尽管OTM 在使用环境上发生变化，但通过与PLC 的组合，仍可实现市电与市电、市电与油机的切换，具体功能及开关状态如下：

（1）主用电源I 段掉电，II 段带电。由于主用电源I 段掉电，OTM 的输出端为无电状态，LN1 也为无电状态，OTM 进入延时分闸状态，同时PLC 检测到并发出010 进线断路器分闸信号，分闸动作完成后PLC 继续发出012 母线联络开关合闸信号，待012 合闸后，II 段市电通过012 使I 段得电，实现市电与市电的切换。由于此时动作时间小于OTM 延时分闸时间，故OTM 不动作；

（2）主用电源I 段带电，II 段掉电。由于主用电源I 段仍带电，OTM 的输出端及LN1 也为带电状态，OTM 未检测到异常，此时仅有PLC 检测到II 段掉电，随即发出020 进线断路器分闸信号，分闸动作完成后PLC 继续发出012 母线联络开关合闸信号，待012合闸后，I 段市电通过012 使II 段得电，实现市电与市电的切换。由于OTM 在整个切换过程中未检测到LN1 掉电，故OTM 不动作；

（3）主用电源I 段先掉电，II 段再掉电，油机启动。当主用电源I 段先掉电，整个开关的动作过程同上述第一种情况，此时II段掉电后，造成OTM 的输出端与LN1 均为无电状态，OTM 再次进入延时分闸状态。同时PLC 发出信号断开012、010、020 三个开关，分闸动作完成后PLC 继续发出030 油机输出开关合闸信号，油机自启后通过030 输出至LN2，待OTM 延时分闸计时结束后，LN1 仍为无电状态，而此时LN2 为带电状态，OTM 进行切换，油机输出通过030、LN2 及OTM 的输出端为I 段供电；

（4）II 段先掉电，主用电源I 段再掉电，油机启动。分析过程如上，在此不再赘述；

（5）油机带载，II 段先复电。油机带载过程中，整个低压柜的4 个开关仅为030 油机输出开关合闸，此时II 段得电，PLC 会根据检测信号发出030 分闸信号，分闸动作完成后PLC 继续发出020 开关合闸信号和012 母联开关合闸信号，此刻II 段市电恢复，市电通过012 使得LN1 带电，OTM 检测到LN1 为带电状态，LN2为无电状态，OTM 进行切换，整个低压系统由II 段母线进行供电保障。

（6）油机带载，I 段先复电。当油机带载情况下，I 段得电，PLC 会根据检测信号发出030 分闸信号，分闸动作完成后PLC 继续发出010 开关合闸信号和012 母联开关合闸信号，此刻I 段市电恢复。由于OTM 在030 分闸后处于LN1 和LN2 均为无电状态，故OTM 不动作，输出端仍与LN2 保持接通。在010 和012 相继合闸后，由于I 段母线与OTM 输出端相接，而输出端与LN2 为等电位，所以此时LN2 为带电状态，而LN1 为无电状态，OTM 不切换，整个低压系统仅有I 段得电。

2.2.5 OTM 与PLC 的组合缺陷

通过上述分析不难得出，该组合存在如下缺陷：

（1）自动切换功能存在瑕疵，两个市电存在恢复顺序；

（2）复电流程复杂，需手动操作介入且容易出错；

（3）该组合不利于无人值守台站的推广。

3 处置措施及建议

3.1 处置措施

根据分析结果，发生在该台站的故障主要是由电源质量和OTM 工艺接线不同造成的。对于电源质量造成的频繁跳闸，技术人员通过调整电压监视继电器的门限值和变压器的高压分接开关已解决；而OTM 自动切换装置控制失效，实属功能缺陷，现场通过核对手动处置操作流程防止误操作的同时也对值班人员开展了理论和技能培训，至此完成了台站供电故障的排查工作。

3.2 建议

虽然通过一定的技术手段和管理手段排除了此次故障，但调整门限值和变压器变比毕竟是扬水止沸，建议在条件允许的情况下进行线路迁改或申请专线供电。

而对于OTM 功能缺陷的问题，技术上可通过增加一套ATS 对两路市电进行选择后接入OTM 的LN1 端，但需要做好上下级切换时间的整定。同时增加一个设备对于供电系统无疑增加了故障点，还需对技改后的供电系统从可靠性、可行性和经济性等方面进行比对和评估，以免事倍功半。建议在新台站的建设中，条件许可的情况下优先使用三段母线运行方式，可避免上述问题。

4 结束语

随着我国航空事业的不断发展，在建或将建的民用航空台站台站必将星罗棋布的出现在神州大地之上。本文以一起台站供电案例，旨在抛砖引玉，对具有同样配置的其他台站具有一定的参考价值，同时也为无人值守台站的供电设计提供经验。