一起人为差错导致的励磁继电器烧毁故障分析

刘建波 张增朝 张鹏君 谢向成 翟锋广 邵德志

摘要：飞机故障的发生并不是孤立的，人为差错占据着很大的比例，本文通过对某型飞机一起励磁继电器烧毁故障的分析，通过现象看本质，从中吸取经验教训，不断提高维修人员的素养和能力。

关键词：人为差错；励磁继电器；烧毁；故障分析

Keywords：human error；excitation relays；burnt out；failure analysis

0 引言

一架某型飞机定检后首次双发起动未发现异常，左发起动时间为43s，右发起动时间为46s，发动机起动后一切工作正常；第2次地面双发起动过程中，左右发N2转速在22%～25%之间上升缓慢（与正常相比），双发起动时间约为53s（规定地面电源起动时间应不大于55s）；发动机停车冷却后，第3次双发起动在进入第三级升压过程中，座舱内“左直断电”“右直断电”信号灯先后燃亮，双发起动失败。

1 故障检查

检查电源舱继电器盒（产品插头：C84、C83）发现27DZ、28DZ（JKB-S2C）左右直流发电机励磁继电器内有严重的烧焦气味发出，测量该继电器的④、⑤常闭触点之间电阻为无穷大（见图1），表明该触点之间被烧断，晃动该继电器内部有金属撞击声。对继电器进行分解检查，发现连接在⑤号触点上的转换触点支臂从触点端被熔断约三分之一，⑥号常开触点被烧熔约二分之一变成椭圆形，说明烧熔是发生在27DZ、28DZ继电器加电转换触点⑤与常开触点⑥闭合的情况下。

2 故障再现检查

双发起动系统原理如图2所示。检查烧熔涉及的工作电路，未找到故障发生原因；检查电源舱继电器盒线路，也未发现异常。为确认故障，更换了两件烧毁的27DZ、28DZ继电器，在27DZ继电器的⑤、⑥常开触点支路（C83的①号）外接引线串联一个电流表（置于50A档），在28DZ继电器的⑤、⑥常开触点支路（C84的13号）外接引线并联一个电压表（置于100V档），将电源舱继电器盒装机，重新进行试车检查，同时由专人记录电压表、电流表的指示情况。

第一次双发起动2s后电压表指示28V，7.1～43s电压表指示为56V左右；第一次双发起动2s后电流表指示20A，7.1～12.6s电流表指示约40A左右，12.6～43s电流表指示为26A左右；发动机起动成功后，电压表指示28V左右，电流表指示在6～9A之间。

发动机完全冷却后进行第二次起动，电压表、电流表指示重复上述现象，只是在持续时间上有所差异。

发动机完全冷却后第三次起动，电压表、电流表指示同上，但在7.1～12.6s之间时电流表指示由40A左右跳开为零，同时电压表指示56V持续约35s后跳变为28V。

3 故障定位与排除

根据故障再现情况分析得知，当发动机起动7.1s后起动电压由28V变为56V串联供电，55FQ转换接触器工作，此时，从中心汇流条来的正电经55FQ转换接触器的①和③触点、地面电源插销④到D3转换接触器工作线圈回负，使D3转换接触器工作，则两组地面电源一路经地面电源插销①号继续向中心汇流条供电，另一路经D3转换接触器的①、③触点到一组电源负、一组电源正、D1接触器闭合触点到供电插销②号，实现两组电源串联向起动发电机供電，串联升压56V正电加到43FQ1、43FQ3、44FQ1、34DZ4导线及55FQ的②号触点上，电压表测量的直流电压为前下舱汇流条上的电压（见图2），正常应为28V，实测电压表显示为56V，说明串联升压56V正电此时错误地加到了前下舱汇流条上。因此，只要找出错误加到前下舱汇流条上高压的原因，就找到了故障发生的根源。

用三用表检查43FQ1、43FQ3、44FQ1、34DZ4导线及55FQ的②号触点高压线路，发现44FQ1导线错接在55FQ转换接触器的①号触点，55FQ1导线错接在55FQ转换接触器的②号触点，即44FQ1导线与55FQ1导线发生相互错接。将错接的两根导线进行更正，进行地面电源三次双发起动试车检查，发动机起动系统工作良好，故障彻底排除。

4 故障分析

4.1 地面电源起动原理简述

如图2所示，在地面电源双发起动过程中，飞机采用了四级起动，即降压起动、28V起动、56V升压起动（7.1s后）、12.6s后减少磁通（并激线圈串联3Ω电阻）起动。当按下起动按钮2～42.7s时，左发从38FQ定时机构的16孔来电，经C84插头的8孔使27DZ继电器工作，使常开触点⑤、⑥吸合，右发从38FQ定时机构的1孔来电，经C84插头的11孔使28DZ继电器工作，使常开触点⑤、⑥吸合，激磁电流从前下舱汇流条经49FQ、50FQ熔断器分两路，一路经左4FQ插头的45孔、J17（1）、J17（2）的常闭触点从44孔输出，经C84插头的2孔、27DZ继电器的常开触点⑤、⑥到1DZ（QF-12D）左直流起动-发电机的B+并激线圈；另一路经右4FQ插头的45针、J18（1）、J18（2）的常闭触点从44针输出，经C84插头的7孔、28DZ继电器的常开触点⑤、⑥到2DZ（QF-12D）右直流起动-发电机的B+并激线圈，完成起动激磁工作。

4.2 原因分析

因为44FQ1导线与55FQ1导线相互错接，使44FQ1与55FQ2导线同接于55FQ接触器的①号触点上，当7.1s后56V正电经44FQ1、55FQ2导线加到前下舱汇流条上，使前下舱汇流条此时带56V正电。

升压后的激磁电流从前下舱汇流条经49FQ、50FQ熔断器分两路，一路经左4FQ插头的45孔、J17（1）、J17（2）的常闭触点从44孔输出，经C84插头的2孔、27DZ继电器常开触点⑤与⑥、C84插头的1孔、1DZ（QF-12D）左直流起动-发电机的B+并激线圈回负极；另一路经右4FQ插头的45针、J18（1）、J18（2）的常闭触点从44针输出，经C84插头的7孔、28DZ继电器的常开触点⑤与⑥、C84插头的13孔、2DZ（QF-12D）右直流起动-发电机的B+并激线圈回负，完成起动激磁工作。增加后约2倍的激磁电流造成27DZ继电器常开触点⑤与⑥、28DZ继电器常开触点⑤与⑥烧蚀，三次起动造成触点烧熔，使励磁支路电流指示为零，电压指示由56V变为28V。

发动机地面起动完毕后，后续对飞机正常工作将不受影响。这是因为在飞机发动机地面起动结束后，55FQ接触器断电触点转换，使55FQ接触器的①、②触点处于常闭连通状态，连接于①、②触点的44FQ1和55FQ1导线相互连通，因此飞机后续工作不受影响。

4.3 第3次双发起动烧毁继电器常开触点的原因

当44FQ1、55FQ1导线在定期检修时相互错接后，第1次、第2次地面电源双发起动时，27DZ、28DZ继电器处于性能良好状态，故此，可以承受地面两次起动大电流过载的短时冲击，但其性能受大电流过载影响，继电器触点出现烧蚀接触电阻增大现象，造成触点压降增大。当第3次双发起动时，27DZ、28DZ继电器的触点受接触电阻增大影响，一方面触点压降增大产生高温，另一方面触点压降增大导致起动并激线圈电流下降，使发动机起动时间延长。两者的共同影响导致27DZ、28DZ继电器常开触点⑤、⑥被持续大电流烧熔。

由于44FQ1、55FQ1导线相互错接，导致7.1s时前下舱汇流条加入直流高压使激磁电流增加约一倍，使并激线圈中的实际电流值增加到35～40A（正常值应为20A），对27DZ、28DZ继电器的工作触点造成严重烧蚀。实际上，并激线圈电路中35～40A电流的持续时间为12.6s-7.1s=5.5s，在12.6～42.7s期间激磁电路中串入了一个3Ω降压电阻，激磁电流显示为26A，起动期间电流比正常起动励磁电流增加约一倍，因此造成继电器触点烧毁。

4.4 继电器故障再现试验

取一件性能良好的JKB-S2C继电器（额定电流10A，允许触点流经两倍的额定电流2min），进行破坏性试验得知：对觸点施加20A负载电流2min，继电器工作正常；第一次对触点施加40A负载电流5～6s，之后持续施加26A负载电流30s，继电器触点产生轻微冒烟现象；冷却至常温，第二次对触点施加40A负载电流5～6s，之后持续施加26A负载电流30s，触点冒烟并产生变形；冷却至常温，第三次对触点施加40A负载电流5～6s，转为持续施加26A负载电流30s，触点严重冒烟后转换支臂被烧断、触点被烧熔。

4.5 惯性保险丝未烧毁原因

由于导线错接导致前下舱汇流条7.1s后加入了56V高压，在并激线圈支路产生超大电流，电流经49FQ、50FQ左右起动发电机激磁电路惯性保险丝约有35～40A的电流，持续时间约为5.5±0.55s，当12.6s第四级起动时在并激线圈支路中串入了一个3Ω的降压电阻，之后30s电路中电流下降至约26A左右，根据惯性保险丝具有承受短时大电流的特点可知，49FQ、50FQ（GB-20）惯性保险丝不会被短时大电流烧毁。

4.6 密封继电器未烧毁原因

在双发起动时，与27DZ、28DZ继电器常开触点⑤、⑥处于同一支路中的QDX-15A起动箱（4FQ）内的J17（1）、J17（2）、J18（1）、J18（2）密封继电器（JKM-S2M）的四对常闭触点未被烧毁。这是因为27DZ、28DZ为JKB-S2C型非密封继电器，J17（1）、J17（2）、J18（1）、J18（2）为JKM-S2M型密封继电器，两种继电器的技术性能基本相同，额定电压均为27V，额定电流均为10A，触点压降≤90mV，允许触点流经两倍额定电流2min，但还存在两个不同。

区别1：JKB-S2C型继电器为非密封继电器，内部为空气；JKM-S2M型为密封继电器，壳体内充有99.99%的惰性气体氮气。在相同大电流负载条体下，处于空气中的触点会与空气中的可燃气体发生作用，产生烧蚀、氧化、高温直至烧毁；反之，密封条件下的触点在纯氮气保护下不会产生烧蚀、氧化及触点压降异常增大。

区别2：J17（1）、J17（2）与J18（1）、J18（2）密封继电器的四个触点分别与一个3Ω的限流电阻并联，限流电阻在大电流流过时起到了分流作用，故此，在相同负载电流条件下流经J17（1）、J17（2）、J18（1）、J18（2）密封继电器4个触点的电流远小于流经27DZ、28DZ常开触点的电流。

5 改进措施

5.1 导线标识

为避免上述人为差错的发生，达到在外部感观上的区别，对前设备舱右侧接触器盒的连接导线55FQ1进行标识，将55FQ1导线的标识套绑线由“黑色”改为“红色”。

5.2 排故后检查

此类故障排除后，应检查49FQ、50FQ（GB-20）惯性保险丝的电气性能，电阻值约为3.5～4.0mΩ。在额定电压28VDC条件下，20A额定电流时测量其电压降应不大于85mV；不符合上述要求时应更换为新品。同时，检查55FQ2导线是否存在高温烧蚀现象，发现异常应及时更换。

5.3 人为差错故障判断

由于44FQ1和55FQ1导线相互错接故障只影响飞机的起动过程，且前两次不会烧毁27DZ、28DZ继电器，故此危害较大。且44FQ1和55FQ1导线相互错接故障在起动过程中不易被发现，只能根据27DZ、28DZ继电器触点被烧熔来间接判断，因此必须核查43FQ1、43FQ3、44FQ1、34DZ4等升压导线的具体错接部位。