交流电源的故障保护

在恒速恒频交流电源系统中，发电机输出的是“115V、400Hz的三相交流电”，并且我们希望这个输出是稳定的可控的。

一定程度上，可以这样说，“115V、400Hz的三相交流电”就是衡量发电机输出是否正常的一个标准。当然，实际不可能与标准完全相符，在标准附近一定范围内波动是可以接受的，但如果，偏离标准太远了，那就是故障！

离“115V”太远了，就是电压故障（如过压、欠压）；离“400Hz”太远了，那就是频率故障（如过频、欠频）；偏离“三相”了，那就可能相位相序有问题（如开相、逆相序）；除此之外，与电流有关的故障有过流等。

我们可以先想想这些个问题，如果家里的电路出现问题会怎样？是的，会跳闸！如果发现有人触电了，我们第一步第一步要干啥？没错，断开电闸！

所谓“跳闸”、“断闸”其实就是切断电流通路。飞机上的保护措施也一样，就是断“闸”！飞机上一台发电机有两个“闸”，一个是GCB、一个是GCR。

GCB（Generator Circuit Breaker），发电机断路器，它是电从发电机出来去向用电系统的必经之路，紧急情况下断开它将发电机与用电系统分离；GCR（Generator Control Relay），发电机控制继电器，它可以控制发电机励磁电路的通断，也就是说可以控制发电机发不发电，GCR断开，发电机停止工作，不再输出电能。

这里稍加说明一下，故障保护的确是通过控制GCR和GCB实现的，但我们没有必要刻意记什么故障情况下断开哪个，因为不同机型的控制方法是不一样的（保险起见就都断开喽）。我们只需要知道GCB控制发电机供不供电，GCR控制发电机发不发电就可以了！

根据航空电源的国际标准，单相电压过压值为132V，三相平均电压的过压值为130V。我们在之前的文章中提到过，保持“115V”稳定电压的是调压器，故过压的原因主要是调压器失效。过压是很危险的，不论是用电设备还是发电机都要承受比正常情况下更大的负荷。为了保护发电机及用电设备，过压时要断开GCB和GCR，发电机不发电不输出！

这里又要注意啦！有时候受到干扰，电压可能短时间超标又迅速回到标准值，这个时候这个“过压”就是假的，是假的！我们必须防止这个假信号断开GCB和GCR，所以在过压保护中采用了延时电路——即检测到过压时，GCR和GCB不会立即关断，它们要先看看实际情况。如果在允许时间内电压正常了，这事也就过去了；反之，它们就要采取措施了！好，这里的允许时间我们叫做“延时时间”，延时时间的长短取决于过压值的大小，过压值越大，延时时间越短，过压值越小，延时时间越长，这种延时我们叫做“反延时”！之所以采用反延时，是因为过压值越大，危害越严重！

当相电压低于98V时视为欠压，造成欠压的原因可能是调压器或发电机本身故障，也可能是欠频（欠速）或者发电机过载。调压器或者发电机本身故障造成欠压很好理解。我们来说说欠频（欠速）造成欠压的原因，很简单，看公式E=4*φ*T*f，f=（P*N）/120，其中E为电压，f为频率，N为转速。至于过载嘛，你想想一个人干5个人的活就知道是什么感受了。

与过压保护一样，我们也要防止“假欠压”信号，避免短暂的低压产生误作动，所以也要有故障延时；但与过压不同的是，欠压的危害没有那么明显，所以采用固定延时就好，即连续7秒欠压就被认为是真欠压，这时断开GCB，或将GCB和GCR都断开。

在恒速恒频交流发电系统中，发电机的输出频率由恒装（CSD）控制，故发电机输出频率有问题，往往是由恒装故障导致的。发电机输出频率低于370Hz视为欠频，输出频率高于430Hz视为过频。同样为了避免“假信号”误作动，欠频保护和过频保护都有故障延时，欠频固定延时7秒，过频固定延时1秒。

由于电压和频率存在E=4*φ*T*f关系，故往往频率故障会引起电压故障。

欠速一般不是系统故障，但是欠速会导致欠频或欠压保护电路发出保护信号。当发动机或APU关断时，由于转速降低，必然会导致欠压欠频，但这个时候这并不是故障，并不能作为故障处理。欠速保护最主要的功能就在这里，在发电机或APU关断时发出一个信号，告诉欠频和欠压保护电路“这不是故障，这不是故障”，禁止它们发出信号去断开GCR，而仅断开GCB。

顾名思义，过载即发电机实际负载超过了它的能力范围。这通常发生在一台发电机损坏不能向飞机正常供电，另一台发电机负载加大的情况下。当然，这时候切除一些不重要的额或是不影响飞行安全的用电设备（如厨房设备）就可以了。

注意下，过载时，GCR和GCB是不能断开的，因为过载很可能就是因为一台发电机失效造成的，断开GCR和GCB中的任何一个都将会让另一台好的发电机不再向系统供电。两台发电机都不给电了，感觉要gg，哈哈！

还有，过载时很容易造成欠压，欠压是会断开GCR或GCB的，所以过载时，必须禁止欠压信号输出。

说起“差动”，这个词出现在很多系统里面，但不管在哪，都可以直接从字面意思去理解。何为“差动”？首先要有“差”，即什么和什么之“差”；之后再有“动”，而这个“动”就是前面的“差”造成的。

看似一段废话之后，我们就可以说说这里的差动保护了。差动保护是基于基尔霍夫电流定律工作的，即电路中流入节点的电流和流出节点的电流是相等的。我们把发电机输出接头看成一个节点，那么正常情况下，流入和流出这个节点的电流应该是相等的，如果不相等，有了“电流差”，肯定就有设备发生故障了。这个故障可能发生在节点之前，也可能发生在节点之后。节点之前，那就是是发电机内部问题，如电枢绕组短线搭地或是相间绝缘层损坏；节点之后就不是发电机的问题了，可能在后续的电流传输过程中发生了短路等。

说到这里，很明显的，差动保护要求断开GCR和GCB。多说一点，电流互感器有兴趣可以了解一下，它是差动保护的启动动作元件。