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機場恒流調光器偏磁故障的分析與對策

中國民用航空網通訊員李勛報道:摘要:民用機場目視助航燈光是機場助航設施之一,是保障航空器飛行安全的重要基礎設施,對航空器進近著落起著重要的作用,特別是航空器在夜間、低能見度條件下飛行,助航燈光更是發揮著不可替代的作用。如何保證助機場航燈光系統安全可靠的運行,是機場助航燈光工作人員必須思考的問題。本文結合某機場助航燈光恒流調光器在運行過程中發生的兩起故障進行分析,并提出解決措施。

故障描述:

一、某機場由四臺主調光柜,一臺高壓切換柜,一臺備用調光柜組成一組恒流調壓電源分別為南坡度、北坡度、北進近一、跑邊一四個外場回路供電,一天,在夜航保障期間,組內調光柜分別在不同時間段內發生故障,故障現象是調光器在運行過程中突然切斷外場燈光回路供電,后臺監控無報警,但故障調光柜上面的蜂鳴器會出現報警,調光器顯示面板上顯示有電流有電壓,當切換到備用調光器上運行一段時間后,故障依舊發生。

二、在另一組回路內,南進近一調光柜、滑行道邊燈調光柜在運行的過程中相續報警,調光柜顯示面板顯示實際光級電流與設計標準光級電流不符,并且欠壓指示燈顯示10%欠壓。電站值班人員正查看故障現象并分析原因時,兩臺調光柜突然同時失電,經檢查時發現兩臺調光柜快速熔斷器因過流而燒毀,調光柜進線電源線嚴重發熱,低壓配電室給調光柜供電的斷路器跳閘。

結合兩起調光柜故障進行分析:首先對調光柜原理進行說明,調光柜又名調光器,主要是由反并聯雙向可控硅組成的單相調壓器,其實質是通過反并聯雙向可控硅正負半周分別導通,對輸入工頻電源電壓進行調壓,再通過升壓變壓器升壓后給燈光串聯回路供電。

恒流調光器組成的助航燈光回路原理圖

民用機場助航燈光回路是由一系列隔離變壓器串聯構成的懸浮回路,燈泡連接在隔離變壓器的次級上,其發光強度與燈光回路的電流成正比,回路電流恒定,燈泡亮度也保持恒定。設燈光回路電流IH,燈光回路的總阻抗Z,電源輸入電壓U,升壓變壓器一次電壓U1,二次電壓U2,變壓器變比K,即U1/U2=K,IH=U2/Z,燈光回路電流IH=U1/KZ。下面通過恒流調光器正常運行時的波形圖展開分析。這是在某一光級下通過示波器測試的波形圖。

恒流調光器正常輸入電壓與觸發脈沖波形圖

恒流調光器觸發脈沖與斬波后的波形圖

恒流調光器斬波后的波形圖

通過波形圖可以看出,經可控硅調壓后的波形是非正弦波,當電源電壓波動較大使輸入調光器電壓U減小時,經可控硅調壓后的電壓U1減小,燈光回路電流IH也在減小,IH通過電流互感器采樣后送入調光器主控板,經與相應光級基準電流比較,進行調整可控硅的導通角,即調整U1的大小來保證輸出回路在某一光級下電流恒定,當可控硅導通角調整到最大極限時,燈光回路電壓還不能滿足回路電流,此時調光器主板通過分析判斷燈光回路有故障,立即切斷外場燈光回路并關機,避免繼續使用引發更大的故障,同時發出聲光報警,調光器記錄關機時的光級電流電壓值,并通過顯示面板顯示。

調光器在運行過程中,燈光回路電流因負載不確定因素引發電流波動較大時,使調光器顯示光級電流與設計標準電流不符,且欠壓10%(有些調光器設有此功能),電壓出現變化,調光器發出報警,需從新在調光器上設定光級,有欠壓10%說明調光器輸入電壓減小,此時調光器可以繼續運行,如果這時輸入電壓波動較大,以及可控硅觸發線路元件參數的離散性,極有可能造成兩只可控硅觸發脈沖串不對稱,或者由原來的兩路觸發變成一路觸發,使得輸出電壓U1含有較大的直流分量,通過斬波后U1波形圖可知,輸出電壓U1不對稱越嚴重,直流分量的含量就越大,由于升壓變壓器是感性負載,對直流阻抗很小,此時升壓變壓器中就會流過很大的直流電流,而這一直流電流又會使升壓變壓器鐵芯磁化,進一步降低感抗,電流迅速增大使快速熔斷器熔斷,可控硅燒毀,斷路器跳閘,此時升壓變壓器出現偏勵磁現象;使升壓變壓器效率降低,嚴重時會導致鐵芯磁飽和。

升壓變壓器出現偏磁或磁飽和時,勵磁電流很大,導致變壓器中流過很大的電流,噪聲增加,甚至燒壞變壓器繞組,同時勵磁電流中含有大量的諧波分量,諧波電流在升壓變壓器漏感上產生諧波壓降,導致輸出電壓波形出現畸變,嚴重時會對電網造成一定污染。這種勵磁電流中的直流分量不會耦合到升壓變壓器二次,對燈光回路本身危害較小,但是對助航燈光回路可靠運行具有一定的影響,因此我們必須采取相應的措施來杜絕此類故障的發生。

解決措施:更換調光器觸發電路板,更換高質量的雙向反并聯可控硅,可控硅調壓后串聯電容器再接入升壓變壓器,提高恒流調光器輸入電源供電的可靠性,在恒流調光器輸入電源處加裝抑制交流電磁干擾裝置。

備注:本文只對恒流調光器偏磁故障進行分析與探究,不針對任何單位廠家。

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