Лабораторная работа №4
По предмету: ФАСтКПС
Тема: Контроль качества параметров электроэнергии СЭС-148 в установившихся и переходных режимах
Цель: Изучить принципы обеспечения контроля качества параметров электроэнергии СЭС-148 в установившихся и переходных режимах на основе СЭС самолета Ан-148.
Процесс оптимизации характеристик качества параметров электроэнергии СЭС весьма затруднён из–за многокритериальности решения задачи сложных зависимостей видов потребляемых энергий приёмниками и генерируемых мощностей, а также конфликтующих показателей массы, надёжности, контроля, стоимости, комплексной взаимосвязи, влияния изменения каждого показателя качества на другие и учёта фактора развития. Кроме того оптимальные значения параметров качества электроэнергии претерпевают изменения.
КСЭС= К(Э,Н,Р,m,V,З,С,N,A),
где КСЭС – обобщённый показатель качества электроэнергии, соответствующий требованиям НТI) (ГОСТ 19705-89; ISO1540.3; американский внешний стандарт MID – STD – 104B; ARINC – 403A, DO – 403A – 160)
Э – показатель эксплуатации;
Н – высотность полёта ВС;
Р – вероятность отказоустойчивой работы авионики нового поколения (безотказность для традиционной авионики и СЭС);
m,V- соответственно массо – габаритные показатели;
З – защита СЭС;
С – стоимость СЭС и комплектующих;
N – нагрузка и режимы работы СЭС;
А – аварийные режимы обеспечения электроэнергией.
Основной отличительной особенностью систем электроснабжения ВС от других функциональных систем является многофункциональность, многосвязность с другими ФС и условиями эксплуатации, желательная инвариантность к возмущениям, высокая точность стабилизации напряжения и частоты (U=const, ƒ=const), практически неадекватный математических аппарат описания основных процессов стабилизации параметров в спектре разнообразных возмущений. Попытки описать математически все процессы генерирования, стабилизации параметров при действии возмущений, интеграции ресурсов при реконфигурации структуры, учёте всех основных видов энергии при функционировании СЭС (электромагнитных, электромеханических, тепловых, газодинамических, гидравлических, термодинамических в ГТД) сводится к построению упрощённых моделей не выше третьего порядка, что даёт лишь приблизительные умозаключения о реальных процессах в СЭС.
Поэтому переходные реальные процессы существенно отличаются от расчетных, а значит, роль теории сводится к необходимости эксперимента.
Кроме того существенную роль в энергетико–информационных каналах СЭС играют составляющие ФС: основные режимы работы (нормальные, ненормальные, частично ненормальные, аварийные); возможности коммутирующих элементов и физические процессы эмпирического характера (ионизация, возникновение дуги, чрезмерно большое влияние цепей с реактивными элементами при коммутации; необходимость воспроизведения при анализе и испытаниях СЭС условий эксплуатации и влияния компонент оборудования в виде системы передачи и распределения электроэнергии и т.д. Смоделировать математически эти особенности возможно, но выйти на конструктивные решения при этом невозможно, что обусловлено принятием допущений.
Иными словами в иерархическом цикле испытаний систем электроснабжения большую достоверность обеспечивают физические или натурные испытания, которые осуществляют на уровне опережающих эксплуатационных стендовых испытаний с применением апробированных электромашинных устройств и машин (схемы Леонардо, системы Д – Г – Д – СГ - <двигатель> → <генератор> → <двигатель> → <синхронный генератор>; системы передачи и распределения электроэнергии, системы управления экспериментом, регистрации, метрологического обеспечения и принятия решения о качестве эксперимента, диагностике состояний и документирования.
Если исследования установившихся состояний СЭС ещё возможны с помощью усечённых математических моделей, то поведение СЭС в переходных процессах с учётом инерций родов энергий – задача функционального характера, где решение ещё не выражает практическую целесообразность результатов. Поэтому физическое моделирование указанных особенностей и режимов функционирования СЭС (нормальные, ненормальные, аварийные) при раздельном резервировании приёмников энергии и адекватных до "Σ" условий эксплуатации является критерием достоверности результатов, где окончательное заключение о качестве функционирования СЭС формируют реальные лётные испытания (опытные, производственные и эксплуатационные).
Дк иасуи →Дк л.и.,
где Дк иасуи – достоверность параметров качества СЭС по результатам опережающих эксплуатационных стендовых испытаний;
Дк л.и. – достоверность параметров качества СЭС по результатам лётных испытаний (опытных, эксплуатационных);
∆ - ошибка в результатах испытаний.
Отказоустойчивость СЭС в значительной степени определяется резервированием структуры, режимами работы СЭС, информационными, функциональными эргатическими уровнями резервирования.
Поддержание требуемых уровней надёжности, т.е. проектных уровней резервирования в эксплуатации, осуществляется применением современных прогрессивных стратегий эксплуатации. Программа технического обслуживания и ремонта (ТОиР) прогрессивна, если предусматривает минимальные эксплуатационные затраты для обеспечения требуемого уровня безопасности полётов. Такой стратегией ТОиР является эксплуатация «по состоянию», включающая программы ТО: «до безопасного отказа» - ТОСКН; с контролем параметров – ТОСКП, по наработке – ТОН, по возможности –ТОВ и т.д. Перспективным направлением развития современных ВС является применение бортовой системы технического обслуживания (БСТО).
Для такой сложной динамической системы как СЭС очень трудно сформулировать понятие «отказа». Введено несколько категорий отказов (по тяжести отказов в системе генерирования для приёмников электроэнергии и безопасности полётов ВС.
Согласно ГОСТ 22471-77 установлены три вида отказов: А, В, С.
Отказ категории А – выход параметров качества электроэнергии за пределы норм аварийного режима, что исключает работу приёмников 1-ой категории, необходимых для обеспечения безопасной посадки ВС.
Отказ категории В – выход параметров качества за пределы допусков, необходимых для безопасного полёта.
Отказ категории С – выход параметров качества электроэнергии за пределы норм, установленных для нормального полёта, когда приёмники не влияющие на безопасность полёта отключены.
Для определения влияния отказов СЭС на качество электроэнергии в точках регулирования рассматриваются следующие виды воздействий и состояний:
повышения температуры в ГП; автоколебания напряжения и частоты; неустранённые изменения U↑↓ и частоты f↑↓, КЗ на фидере генератора; небаланс полного тока; несимметрия напряжений; обрывы фаз; неисправность подшипника; несрабатывание защиты от обрыва фаз; несрабатывание расцепителей ГП, ложные срабатывания всех видов защит.
Все отказы условно разбиваются на три группы:
• единичные отказы, приводящие к опасным последствиям;
• отключение числа каналов, больше допустимого из соображений безопасности;
• двойные отказы: отказ канала, требующий отключения его защитой, и предшествующий ему отказ защиты.
Опасные последствия могут возникать из-за отказа подшипников (
), так как существует опасность возникновения пожара. Противопожарная система снижает вероятность возникновения пожара до 
. Но существует вероятность заклинивания подшипников.
Вторая группа отказов успешно контролируется современной защитой. Следует проверять достаточность уровня резервирования и целесообразность контроля в эксплуатации.
Безопасные неисправности в СЭС могут накапливаться и частота отказов генераторов по наработке возрастает. Обслуживание генератора «по состоянию» возможно по стратегии ТОН (по наработке), если не предусмотрена диагностика предотказного состояния.
Наибольшее влияние на безопасность оказывают двойные отказы: отказ канала, требующий отключения его защитой, и предшествующий отказ защиты.
Эксплуатационную надёжность характеризуют три случайных потока (условно считаем их простейшими):
• суммарный поток отказов в генерирующей части всех каналов;
• поток отказов защиты 1-го рода;
• суммарный поток ложных срабатываний защиты всех каналов.
В этих предположениях по окончанию полёта СЭС может находиться в одном из четырёх состояний (рис.1):
• S1 – система исправна;
• S2 – отказ защиты не обнаружен;
• S3 – двойной отказ;
• S4 – защита сработала.
Назначение системы контроля, встроенной в защиту – находить скрытые отказы защиты, приводящие к ошибкам 1-го рода; несрабатывание защиты при возникновении неисправности в канале. При своевременном выявлении посредством ВСК скрытых отказов защиты вероятность возникновения двойных отказов существенно уменьшается.
Таблица 1
Вероятность событий для функциональных систем,
в том числе электроснабжения
| Особая полётная ситуация | Частота возникновения ОПС | Вероятность возникновения ОПС на один час полёта |
| БП | Часто | Более 
|
| БП | Умеренно вероятное | 
|
| БП | Вероятное | Более 
|
| УУП | Маловероятное | 
|
| СС | Невероятное | 
|
| АС | Крайне маловероятное | 
|
| АС | Практически невероятное | Менее 
|
Примечания:
БП – Без последствий;
УУП – Усложнение условий полёта;
СС – Сложная ситуация;
АС – Аварийная ситуация;
КС – Катастрофическая ситуация.
В таблице 2 сформированы вероятности отказа при различного рода отказах. Ни один отказ в системе электроснабжения самолета Ан-148-100, за исключением практически невероятных, не приводит к особой ситуации тяжелее сложной.
Таблица 2
Оценка отказобезопасности системы электроснабжения самолёта Ан-148
| № п/п | Вид отказа СЭС | Степень опасности | Вероятность отказа |
| СЭС переменного трёхфазного тока 115/200В, f=400 Гц | |||
| Отказ одного канала генерирования Г1 (Г2) | УУП | 
| |
| Отказ двух каналов генерирования Г1 и Г2 | СС | 
| |
| Обесточивание шин Г1 (Г2) РУ 115/200 В | СС | 
| |
| Обесточивание шин Г1 (Г2) ЦРУ 115/200 В | УУП | 
| |
| Обрыв линии нормального питания аварийных шин РУ 115/200 В от шин Г1 | УУП | 
| |
| Обрыв линии нормального питания аварийных шин РУ 115/200В и нет автоматического подключения ПТС 800БМ на аварийные шины | УУП | 
| |
| Обесточивание аварийных шин РУ 115/200В | УУП | 
| |
| Не отключение шин Г1-1 (Г2-1) от шин Г1 (Г2) | УУП | 
| |
| КЗ шин Г1 (Г2) ЦРУ 115/200В (РУ 115/200В) | УУП | 
| |
| КЗ шин Г1 (Г2) РУ 115/200В | УУП | 
| |
| Система постоянного тока 27В | |||
| Не подключение (отключение) на шины ВУ1 (ВУ3) | БП | 
| |
| Не подключение (отключение) на шины ВУ2 | БП | 
| |
| Отказ (отключение) двух ВУ | СС |
| |
| Отказ (отключение) трёх ВУ | СС | 
| |
| Не подключение (отключение) на шины АКК1 | БП | 
| |
| Не подключение (отключение) на шины АКК2 (АКК3) | БП | 
| |
| Не подключение (отключение) на шины АКК2 и АКК3 | СС | 
| |
| Обесточивание шин АВШ1 ЦРУ 27В | УУП | 
| |
| Обесточивание шин Ш1 ЦРУ 27В | УУП | 
| |
| Обесточивание шин Ш2 ЦРУ 27В | УУП | 
| |
| Обесточивание шин Ш1 (Ш2) РУ 27В | УУП | 
| |
| Обесточивание шин АВШ1 (АВШ2) РУ 27В | СС |
| |
| КЗ на одной из шин постоянного тока ЦРУ 27В | УУП | 
| |
| КЗ на Ш1 (Ш2) РУ 27В | УУП |
| |
| КЗ на АВШ1 (АВШ2) РУ 27В | СС |
| |
| Полный отказ системы электроснабжения | АС | 
|
Контрольные вопросы по лабораторной работе:
1) Характеризируйте процесс оптимизации характеристик качества параметров электроэнергии СЭС. Обобщённый показатель качества электроэнергии.
2) Почему оптимальную достоверность обеспечивают физические или натурные испытания, которые осуществляют на уровне опережающих эксплуатационных стендовых испытаний?
3) Чем определяется отказоустойчивость СЭС?
4) Виды и группы отказов.
5) Потоки отказов и граф состояний СЭС.
6) Вероятность событий для функциональных систем, и оценка отказобезопасности системы электроснабжения.и
