波音787 飞机NO GO 故障ELCC分析及排故新思路

■ 程凯文/北京飞机维修工程有限公司

0 事件背景

国航一架波音787-9 飞机在执行航班任务时，飞机在下降阶段AHM 监控出现状态信息ELEC P200 PANEL，相关联维护信息27-19173 Electrical Load Control Contactor（CK2761503 ELECT ACTR-SPLR 11）is failed to the closed position（见图1）。因此故障为不可放行故障，故联系当地AOG 借件排故。飞机落地后，状态信息存在，相关联维护信息为ACTIVE 状态，CBIC页面无法控制该继电器，CBIC 页面显示该继电器系统指令OFF，负载电 流0.00AMPS， 输 出 状 态FAILED SHORT。由于继电器存在故障，导致CBIC 无法控制（见图2）。整机断电重启后故障依旧，于是按FIM 断电执行更换继电器，重新拆装一遍继电器并轻敲后故障排除，维护信息为NOT ACTIVE，状态信息消失。分析认为继电器可能接触不良或存在间歇性故障。出于适航安全考虑，飞机返回基地后更换了该继电器。后续监控该飞机执行航班情况，运行平稳，再未出现相关电源系统故障。

图1 相关故障维护信息

图2 相关故障跳开关状态

1 波音787 电源系统原理

波音787 飞机在最初设计时就取消了传统机型的ATA 36 引气章节，采用了电启动发动机（CMSC）、电刹车、纯电空调和电热毯大翼防冰等手段，整个飞机用到发动机引气的部分仅有涡轮间隙控制、核心机匣冷却、防喘活门、轴承腔压力封严、静子可调叶片的操作及防冰、发动机唇口防冰等发动机内部ATA 75 章的内容，因此，787 机型对ATA 24 章电源的需求尤为重要。该型飞机有6 个主发电通道，4 个VFSG 和2 个ASG 分别提供235V 的AC 变频发电，与传统飞机相比，新增了235V 的AC 汇流条和270V 的DC 汇流条，可以更好地保障大负载用户的需求。

787 电源分配系统由发动机的4个VFSG 向235V 的AC 汇流条供电（即P100 板 和P200 板），由APU 的2 个ASG 向235V 的AC 汇流条供电（即P150 板）。235V 的AC 汇流条分成3 路，第1 路通过4 个ATRU 分配到+/-270V 的DC 汇 流 条（即P700 板 和P800 板，主要用户为8 个CMSC，用于EMP、NGS、CAC、APU 启动和发动机启动等）；第2 路通过2 个ATU 分配到115V 的AC 汇流条（即P300 板和P400 板）；第3 路通过4 个TRU 分配到EBPSU（电刹车供电组件，P500 板和P600 板）、28V 的DC 汇流条、仪表汇流条和BACKUP 汇流条（也在P300 板和P400 板），如图3 所示。

图3 24章电源系统简图

787 电源系统总的控制和监控终端是BPCU，涉及具体负载用户从各汇流条使用，大致分成三级控制、分配及保护。第一级ELCU，为大负载用户电源分配、控制及保护（可以分配235V的AC/115V 的AC 负载，最大分配电流可达430AMP）。第二级SPDU，为次级电源分配组件，为中负载用户电源分配、控制及保护（可以分配115V 的AC/28V 的DC 负载，最大分配电流可达50AMP，最小可达2.5AMP）。第三级RPDU，为远程电源分配组件，为小负载用户电源分配、控制及保护（可以分 配115V 的AC/28V 的DC 负 载，通常分配电流小于10AMP）。

ELCU 用于控制、监控及保护性关断ELCC，ELCC 是连接/断开较大负载用户的继电器。其中P100 板、P200板、P150 板、P300 板 和P400 板 均 有ELCU。P300 板 和P400 板 的ELCU 受BPCU 控 制，P100 板、P200 板、P150板的BPCU 通过GCU 和AGCU 来控制相关ELCU。ELCU 分为C 卡和P 卡两部分，C 卡（communication）是通信卡，内有软件，接受BPCU 指令信号。P 卡（protection）是保护卡，是执行机构，负责接受C 卡信号，完成控制功能及保护功能。P 卡有些指令直接来自GCU或BPCU，有些P 卡仅有保护功能，没有控制功能，如ATRU 的闭合/关断指令直接来自GCU，相关P 卡只能起到保护功能性关断作用。每个C 卡能控制6 个P 卡，每个P 卡有6 个模块，对应控制及保护6 个ELCC（设计之初为了安全裕度，有些P 卡为多余度设计，即虽然可控制6 个ELCC，但实际构型只控制5 个或4 个）。

2 分析与探讨

前述事件中的故障发生在外站，涉及到必须换件，无备件时可采取哪些临时处理措施以避免外站AOG 停场，是下面分析和探讨的主要内容。

2.1 提出措施

通过查询相关继电器件号的IPD DMC-B787-A-24-09-01-010-941A手册，确定同件号继电器的适用性，提出同机串件的方法。

1）以同电源分配面P200 板为例，其继电器件号7001099-335，多达17 个适用性及规格（III 3PST NO 15A）都是一样的。可通过继电器的名称简单判断该继电器影响的飞机系统及部件。

2）在紧急情况下通过同机串件后MEL 放行飞机。如将同件号、同适用性、同规格的继电器VAC BLOWER-R CK3832502 与故障继电器ELECT ACTR-SPLR 11 CK2761503 对串互换，按MEL 38-30-01-01 保留污水系统真空泵，放行飞机。由于污水系统真空泵既不是飞机关键系统也不是关键构型，其失效不会影响机组操作，仅对客舱服务质量产生影响，不会影响适航安全，因此可做MEL 保留后放行飞机。

2.2 分析探讨

通过分析相关继电器与ELCU 的P卡和C 卡的电信号逻辑关系，讨论同机串件的可能性及问题。

对串继电器的想法虽然很好，但实际操作中可能有问题。通过查看SSM，发现该继电器CK2761503 ELECT ACTR-SPLR 11 的供电和电信号控制分成了两路。235V 的AC 供电去向11#电扰流板EMCU，通过AV/DC 整流器给扰流板作动器的电马达和电刹车供电（见图4）。而电信号控制路去向ELCU 的P 卡（见图5），执行电流监控、默认值探测、指令&故障重置开关、保护功能、构型和自检等功能。每个ELCC 继电器除了为自己关联的飞机系统和部件供电，还通过ELCU 的P 卡接受ELCU 的C 卡的控制信号指令，完成闭合或断开动作，ELCC 继电器还向ELCU 的P 卡提供其状态信息用于监控，以起到保护功能。

图4 继电器供电电路到11#扰流板EMCU原理图

图5 继电器与ELCU的P卡和C卡之间电信号控制原理图

如果ELCC 故障（不受控或是故障在闭合位），可能引起ELCU 的P 卡的重要保护功能失效，这远比相应的系统故障影响更大，其中有些继电器还有重要构型数据。

因此，经过认真分析和思考后认为，通过确定同适用性的ELCC 继电器同机串件MEL 放行飞机的这种方法是有问题的。如果继电器故障在断开位，可以连同下游系统一起保留。如果故障在闭合位，下游电路及负载的监控和保护功能就会因MEL 保留而失效，一旦遇见过流过载等故障时可能对飞机的安全性产生重大影响。

2.3 OEM 的意见

将上述同机串件以避免AOG 停场的措施，通过向波音公司发送SR，来验证其可行性。

厂家SR 答复（4-3448422549），如果ELCC 继电器故障在打开位，同机对串互换后MEL 放行的方法可行；但如果ELCC 继电器故障在闭合位，因影响到大负载电路的监控和保护功能，当电路出现过流等风险时，因无法断开继电器以达到保护作用，所以出于安全性考虑，即使同机对串互换，CMCF 还是会触发不可放行的故障信息。

如果同机对串互换后，不安装故障继电器ELCC，系统指示将视其为故障在断开位，不会触发不可放行故障。虽然波音公司不反对这种应急处理方法（串件后空位，MEL 放行飞机），但电源面板缺少继电器并不是一种认证构型，而且这种情况没有经过电气系统运行测试的验证。

2.4 延展分析

如果不是继电器本身故障，而是ELCU 的P 卡保护模块故障，造成继电器无法控制，应该以什么方法来避免AOG 非计划停场？

查阅波音公司官网FTD Fleet Team Digest，787-FTD-24-13013（Electrical Load Control Unit Protection ELCU-P Circuit Card Related Maintenance Messages），发现相关问题的描述：UTAS 公司旧版ELCU 的P 卡相关电容正常运行时可能超出范围，原因可能是自然变化的电容设计和温度效应。经证实，电容的超限（间歇失效）会导致ELCU 的P 卡的微控模块故障，P 卡部分功能失效，从而影响P 卡控制的继电器故障。但后续版本件号的P 卡新增了屏蔽电容，已经大大改善了此问题。

如果是ELCU 的P 卡故障或是没有输出，可以通过循环P 卡电源的方法来清除故障。如果无效，可以依据FTD里所附ELCU 的P 继电器分配图，将故障P 卡（其中失效的模块）对串到备用分配位置，之后MEL 放行飞机。每张ELCU 的P 卡里都有6 个模块（见图6），其中有的P 卡会有1 或2 个备用余度位置（图6 中蓝色框），同时还标出了MEL 放行可接受失效的模块（图6 中灰色框）。同机对串时优先选择故障模块对应蓝色的位置，原则上故障模块换到备用模块上是不会触发故障信息的，不涉及MEL。以上述故障为例，可以将P200 板 的M4 卡 与P100 板 的M3 卡 对调，将P 卡上ELCM 模块3 上失效的功能与备用位置交换，理论上失效功能交换到备用位置不触发任何信息也不需要MEL。如果遇到特殊情况，可再行选择黄色位置，然后根据对串之后的信息，按MEL 放行飞机。

图6 ELCU的P继电器分配图

上述FTD 中所附的ELCU 的P 继电器分配图中标注的OC、DC、UC、DP 和GFD 等缩写，在FTD 和相关手册中并未明确解释，且787-10 构型中删除了相关缩写标注，笔者为此于2022 年1月向波音公司发送SR（3-5237505711）进行询问，得到官方回复如下：OC 为Over Current；GFD 为Ground Fault Detection；DP 为Differential Protection；UC 为Unbalanced phase Current；DC 为Direct Current Detection。

3 串件工作程序

基于CCAR 121 及CCAR 145 相关法规规章对航空运营人及维修单位航线维修活动的要求，以Ameco 相关串件工作程序为例进行说明。

1）因特殊维修需要，进行串件前应先向生产计划部门及运控部门提交申请（串件单和串件申请单），原则上在批准后方可执行串件工作，紧急情况下同机串件可口头请示后补办手续。

2）适用性评估和运行评估，包括部件的件号、适用性、规格及特殊构型和改装等信息，串件前后不能影响飞机的特殊运行能力（如ETOPS、二类运行、高高原、极地运行、PBN、ADS-B 等）。影响到特殊运行的串件，如非ETOPS件，被安装到ETOPS 运行的飞机上时，应该以办理正式故障保留等形式进行控制，并标注限飞ETOPS 等。航线突发故障涉及O 项的保留要通知运控部门，待运行评估完成后才可放行飞机，并及时录入系统，临时故障保留要及时转为正式故障保留。

3）拆除及安装被串件时，应严格按照相关手册执行拆除、安装及测试等步骤。安装前应对部件进行可用性检查，包括外观检查、翻看TLB 有无记录相关部件和系统近日故障等、与串件单件序号信息是否一致等，并做好相关串件维修记录（包括串件单、TLB 和NRC等文件的填写），涉及因串件而导致的飞机保留信息的变更时（如凹坑等），应重新办理相关正式故障保留等文件。

4）完善后的相关手续（如串件单等）应交由航材AOG（根据紧急情况和保留期限决定订料时间）和附件控制部门，以便更好地控制飞机实装构型、定检计划及后续CCO 拆下安排等事宜。对于在基地的被串飞机，航材部门和计划部门应建立单机的飞机缺件清单，并对器材到货信息进行跟踪，列出计划恢复日期。被串件飞机放行前，生产部门应对飞机缺件清单进行核对，确保被串件飞机所有缺件补充到位，方可放行。

4 总结

通过串件查看故障是否转移，从而判断故障是由哪个部件导致的，这种方法虽然能够快速找到问题根源，但其风险系数也很高。

在没有根据SSM 和WDM 等相关手册及专业知识分析故障是哪种情况的前提下直接串件，假设是线路短路的问题，很可能在执行地面测试时又一次将串来的无故障部件烧坏，就会彻底造成AOG 停场。

为此，对排故思路进行如下总结：

1）排故过程中对故障的分析、猜想、延展及讨论是非常有必要的，当一个故障带出多条信息时，应思考这些信息之间的关联性、信息所指示故障部分上下游组件之间的关系、相邻系统之间的影响问题、多系统之间交联部分和共用部分之间的问题等。故障排除后更要系统地梳理理论知识、系统原理及线路图，分析故障的根源，进行延展性思考，如飞机多余度设计中，同机装载部件之间的互换性及安全裕度以及故障时MEL放行的分析等。

2）航线维修时（外站维护工作时）如遇故障，应快速准确地判断故障源，在安全且合法的前提下，尽量缩短非计划停场时间，提高飞机利用率。正确合理的使用MEL、DDG、厂家相关文件及工程技术评估单等，对飞机故障进行合法故障保留放行。如涉及适航安全的间歇故障和保留限制苛刻的故障时，应果断调班或换飞机执行航班，绝不容忍没有把握的或超限的故障上天。

3）基地维修活动（定检等）时如遇故障，应尽最大努力排除隐蔽性故障和安全隐患，降低故障保留的办理。

基地和外站遇相同故障时采取不同的排故思路，才能在保证适航安全的前提下使航空公司经济效益最大化。