航空接触器主触头输入端烧毁故障及原因分析_张元峰.pdf

24环境技术/Environmental Technology环境试验nvironmentalTestingE摘要：某型航空直流接触器在使用中出现主触头输入端烧毁故障。通过故障树综合分析，采用模拟烧毁试验手段对送检的接触器开展故障原因分析。结果表明，主触头输入端被烧毁的原因主要是接触器接触片表面氧化、接触处有污物，导致接触片与外接导线的接线片之间的接触电阻过大。在实际使用过程中，应结合定期检查工作，对接触器的螺母紧固、接触片的表面状态是否存在氧化发黑等情况进行外观检查，视情更换接触器，避免主触头接触片发生烧毁故障。关键词：航空接触器；主触头；输入端；接触电阻；烧毁故障中图分类号：TM572.1 文献标识码：A 文章编号：1004-7204(2023)02-0024-05航空接触器主触头输入端烧毁故障及原因分析Failure and Cause Analysis of Main Contact Input End Burnout of Aviation Contactor张元峰1，张秋生2，于春风1，张溪3（1.海军航空大学青岛校区，青岛 266041；2.92635 部队，青岛 266041；3.95866 部队，保定 071051）ZHANG Yuan-feng1,ZHANG Qiu-sheng2,YU Chun-feng1,ZHANG Xi3(1.Qingdao Campus of Naval Aeronautical Engineering，Qingdao 266041；2.92635 Troops，Qingdao 266041；3.95866 Troops，Baoding 071051)A b s t r a c t：The main contact input terminal of a certain type of aviation DC contactor was burnt out in use.Through fault tree comprehensive analysis,the fault causes of the contactor submitted for inspection were analyzed by means of simulated burning test.The results show that the main contact input end is burnt mainly because the contact piece surface of the contactor is oxidized and there is dirt at the contact point,resulting in excessive contact resistance between the contact piece and the lug of the external wire.In the actual use process,in combination with the regular inspection work,the fastening of the contactor nut and the appearance inspection of the contact strip surface for oxidation and blackening should be carried out,and the contactor should be replaced as appropriate to avoid burning failure of the main contact strip.K e y w o r d s：aviation contactor;main contact;input terminal;contact resistance;burnout failure引言航空接触器具有电路通断控制功能，主要用于控制交流、直流主电路或大容量电路通断的控制开关，其可靠性直接决定控制系统工作的稳定性 1-2。一直以来，由于航空接触器故障而影响飞机飞行安全的事件很多 3-4。目前通过定期检查接触器的特性参数可直接评估其健康状态。对于参数不满足标准要求的接触器及早筛查、更换，可以有效地提高飞机电气系统的运维成效。其中，主触头接触电阻超标是接触器性能异常的重要表现，在大电流持续作用下，将直接导致接触器损坏，引发电气回路负载的切换故障 5-8。某日，某飞机在进行通电检查过程中，发现某型航空直流接触器正线烧断，接触器烧毁，正线端连接导线断下后搭在滤波器外壳上，将其外壳融化。需要对送检的接触器进行故障分析。252023 年 2 月/February 2023nvironmentalTestingE环境试验1接触器基本结构该型接触器主触头额定电流为 2 0 0 A。从图 1 所示的烧毁接触器外观看出，输入端烧毁，输出端完好无损。输入端结构主要有帽罩、接触片组件、座板组件、螺栓、汇流片组件、安装板等组成，座板材料为 F X-5 0 1 塑料，见图 2。通过塑压工艺方法将螺纹衬套、汇流片组件、M 4 螺钉镶嵌在座板组件内，形成一体。铆接接触片组件的铆钉铆接部位与安装板距离为 0.8 m m，完成铆接后灌冷环氧，见图3。用于紧固壳体组件、安装板、座板组件的螺钉，由螺纹衬套进行紧固，螺纹衬套的端面和接触片灌冷环氧，汇流片组件与安装板之间灌冷环氧。2故障分析对本次故障开展故障树分析如图 4 所示。根据故障树所列情况，对故障接触器进行进一步分析。通过查看烧毁物件，发现塑料座板局部烧毁，而瞬间出现的烧蚀现象不会使塑料件烧蚀如此严重，因此初步判定该故障为持续性烧蚀造成的后果。对于原因，根据故障树，开展综合分析如下：1）导电部分对安装板之间存在低电阻、绝缘性能降低造成烧毁。接触器在使用过程中，随着时间的推移，绝缘部位很可能因为老化等原因，使绝缘性能降低，导致输入端接触片和安装板之间导通或存在低电阻，出现图 1 输入端烧毁处的故障部位图 2 去掉帽罩后接触器触头结构图 3 铆钉和安装板之间的距离图 4 接触器输入端烧毁故障树烧蚀现象。每台产品的绝缘电阻（冷态最小 2 0 M）和介质耐压（5 0 0 V历时 1 m i n）在出厂前必检，装配完成检测一次，出厂验收试验再检测一次。选取某年不同批26环境技术/Environmental Technology环境试验nvironmentalTestingE次的通过例行试验的产品进行验证，检测导电部位和壳体之间绝缘电阻、介质耐压，发现同批产品即使在寿命试验后，也不会存在低电阻现象。图 3 所示距离为导电部分对安装板最短距离，但是铆钉和安装板之间灌有冷环氧进行绝缘，只要不对冷环氧进行破坏，就不会影响绝缘，可以排除因为随年限等因素造成的电阻率低、绝缘不够等原因，即排除铆钉、螺钉、汇流片组件和安装板之间出现击穿情况。2）接触片及安装板之间存在多余物造成烧毁。如果接触器输入端接触片与安装板之间有导电多余物，则很容易出现短路现象，造成触头烧蚀。3）输入端与外部电路短路造成烧毁。当使用过程中，其余物件（包括导线、风管之类的可动物体）在振动过程中可能会出现与接触器发生摩擦，磨破绝缘层露出金属部位，与接触器输入端连接，则会造成接触器输入端短路烧蚀。4）瞬间大电流造成烧毁。本次烧蚀只出现在输入端（连接电源端）的导电部位及绝缘部位，输出端（连接负载端）完好无损，见图 1。整个灼烧过程中，接触器线圈可能未加电，触头未闭合。从烧毁的实物查看，包括塑料在内的大部分区域被烧毁。该型接触器能承受 4 0 0 A 历时 2 m i n 的过载电流，能承受 3 次 1 6 0 0 A 历时 3 s 的最大通断电流，瞬间大电流可能会造成触头烧蚀，不可能瞬间将整个接触片及塑料烧毁，排除瞬间大电流。5）紧固件未拧紧、汇流条虚接、接触片和垫片之间存在异物或污染物造成烧毁。在紧固件未拧紧的情况下，可能会出现汇流条和垫片之间存在楔形间隙，接触不良，在使用过程中不可靠接触部位出现打火灼烧，出现烧毁现象。从输入端被烧毁的螺钉上可清晰看出螺母紧固情况，弹簧垫圈已被压平，由此，可判断紧固件未松动。综上分析认为，接触器被烧毁的原因主要是因为接触器接触片与外接导线的接触片之间的接触电阻过大，接触器接触片与外接导线的接触片之间存在发热现象。接触器长期工作后，使得接触器座板受热，绝缘性能持续下降，在一定时间后，座板绝缘彻底失效。故障发生时，电源经接触器输入端、座板组件和安装板形成短路通路，将接触器的接触片烧熔、座板组件烧毁，直至接触器彻底烧毁损坏。3模拟烧毁试验针对以上综合分析，对可能产生的原因进行模拟试验验证。3.1模拟风管钢丝短路试验接线图如图 5 所示。1）试验方法线圈分为工作和不工作两种状态，主接线柱分别加2 0 0 A/2 8 V D C、4 0 0 A/2 8 V D C 两种阻性负载，用直径1.5 m m的钢丝一端连接电源负端，另一端多次接触接触器进线端接触片，共四种情况进行试验。具体试验步骤如下：加 2 0 0 A 负载，线圈不激励，铁丝短接接触片，通电 2 0 次。加 2 0 0 A 负载，线圈激励，铁丝短接接触片，通电 1 0 次。加 4 0 0 A 负载，线圈不激励，铁丝短接接触片，通电 2 0 次。加 4 0 0 A 负载，线圈激励，铁丝短接接触片，通电 1 0 次。2）试验结果通过四种不同要求下的试验，用同批次产品进行试图 5 模拟钢丝短路试验接线272023 年 2 月/February 2023nvironmentalTestingE环境试验图 6 模拟异物导电体短路试验接线验，发现接触器均没有烧毁。3.2模拟异物导电体短路试验接线图如图 6 所示。1）试验方法在线圈工作和不工作两种状态下，主接线柱分别加 2 0 0 A/2 8 V D C、4 0 0 A/2 8 V D C 两种阻性负载，用厚 2 m m、宽 5 m m的纯铜片一端连接电源负端，另一端多次接触接触器进线端接触片，共四种情况进行试验。具体试验步骤如下：主触头加 2 0 0 A 负载，线圈不激励，铜片短接接触片，通电 2 次。主触头加2 0 0 A 负载，线圈激励，铜片短接接触片，通电 2 次。主触头加 4 0 0 A 负载，线圈不激励，铜片短接接触片，通电 2 次。主触头加4 0 0 A 负载，线圈激励，铜片短接接触片，通电 2 次。2）试验结果通过四种不同要求的试验，用同批产品进行试验，试验结果如下：在主触头加 2 0 0 A 负载、线圈不激励、铜片短接接触片、通电 2 次的试验条件下，接触器没有烧毁。铜片烧毁，瞬间电流 1 6 6 0 A。在主触头加 2 0 0 A 负载、线圈激励、铜片短接接触片、通电 2 次的试验条件下，接触器没有烧毁。铜片烧毁，瞬间电流 2 1 8 0 A。在主触头加 4 0 0 A 负载、线圈不激励、铜片短接接触片、通电 2 次的试验条件下，接触器没有烧毁。铜片与接触片粘连，瞬间电流 1 9 0 0 A。在主触头加 4 0 0 A负载、线圈激励、铜片短接接触片、通电 2 次的试验条件下，接触器没有烧毁。铜片与接触片粘连，瞬间电流 1 7 0 0 A。3.3感性负载寿命试验1）试验方法在主接线柱加感性负载 2 0 0 A/2 8 V，通断比为 5 s：1 0 s，感量为 0.0 0 5 s。进行 2 5 0 0 次感性负载寿命试验。2）试验结果用同批产品进行试验，试验结果如下：按产品规范进行 2 5 0 0 次感性负载寿命试验，完成试验后检测吸合电压为 1 7 V，释放电压为 2.5 V，主触头接触压降为1 2 5 m V，产品正常。3.4接触器内部低电阻试验1）模拟内部低阻短路试验方法选取 1 台接触器，线圈不通电，用油、水浸湿的麻线（棉线），搭接在进线端汇流片与接地的安装板之间，模拟低阻通道，低阻通道的绝缘电阻为 1 M。主接线柱分别加 2 0 0 A/