机场助航灯光系统调光设备常见故障检测方法优化设计

摘要：文章介绍了机场助航灯光系统的组成部分，详细阐述了调光设备的功能、作用、组成，详细描述了调光设备常见的4种故障，从故障检测与排故的角度系统分析了当前4种常见故障处理的检测方法。根据对调光器常见故障检测流程的归纳分析，对调光器故障检测流程进行优化设计。

关键词：助航灯光；调光设备；故障；检测；优化

助航灯光系统作为航空领域至关重要的设施，其功能在于为飞机提供精确、清晰且可靠的着陆引导信息，确保飞行操作的安全与高效。机场助航灯光回路主要由灯光低压配电柜、调光器、升压器、灯光电缆、隔离变压器、灯具等部分组成，[1]如图。

图1  助航灯光系统回路连接

助航灯光回路系统可分为三个部分，第一部分是市电向机场线路输送电压经过变电站变电将380V电压输送给调光器，第二部分是调光系统将电压输送到灯光回路部分，调光器是一个由单片机控制的双向可控硅交流变压器，他与升压变压器的一次端相连,将380V电源经过调压后传给升压变压器的一次端，经过升压后由二次端供电灯光回路，第三部分是灯光回路部分在二次端，隔离变压器一次端经由电缆串联与二次端相连形成二次回路，隔离变压器二次端则与灯具接口相连，形成完整的助航灯光回路，灯光系统回路连接如上图。

1调光器的组成

调光器是一种电气装置，用于改变照明装置中光源的光通量、调节照度水平。调光器通过改变输入光源的电流有效值，来实现对照明装置亮度的调整。

调光器主电路，包括快速熔断器、可控硅模块、交流接触器。检测部分，主要由串联在灯光回路中的电流互感器和采样变压器组成，负责检测回路的电流和电压。控制部分，由微型计算机控制电路板（包括光级按键和显示数码管）构成，如图2为调光器控制面板图，根据检测部分提供的数据，对灯光回路进行精确的控制。执行部分，主要由并联可控硅模块和升压变压器组成，根据控制部分的指令，对灯光回路的电流和电压进行调整。绝缘检测板，用于检测灯光回路的绝缘电阻，通过信号放大、隔离并传输给主控板，图3为调光器内部结构图。

图2  调光器控制面板图

图3  调光器内部结构图

2 调光设备工作原理分析

恒流调光器通过控制可控硅的导通角，进而调节输出电压，达到对回路灯光电流保持恒定的要求，将380V交流电压经可控硅调控升压隔离变压器提升后向灯光回路供电。利用电流传感器对主回路中的电流进行采样、检测，转换成直流电平，送到主控板上。主要有触发、升压及反馈几个环节组成。同时，在控制过程中提供实时监控功能、保护功能、和记忆功能。调光器恒流工作流程如图4。

图4  调光器恒流工作流程图

3.常见故障与分析

3.1常见故障

调光器的故障现象及其表现形式包括以下几种：

①灯光亮度无法调节：调光器的核心功能是调整灯光的亮度，如果无法实现这一点，可能是因为调光器内部的元件出现了问题。例如，调光器的控制部分含有许多弱电器件，这些器件或导线接点的故障都可能导致调光器无法正常工作。

②灯光不亮，如果调光器开启后灯光完全不亮，可能是由于调光器内部的元件损坏，如开关、电容或可控硅等。

③灯光闪烁或不稳定，这种故障现象可能是由于调光器内部电路的问题，或者是电源供应不稳定导致的。

④调光器发热或烧毁，如果调光器在工作时发热过度，甚至出现烧焦的气味，这可能是由于电路中的某个部分过热，需要立即检查和维修。

⑤快熔烧断，在某些情况下，调光器可能会出现开路故障，表现为保护用的快速熔断器（FU1）烧断，导致主电路断路。

⑥噪音或嗡嗡声，调光器在工作时产生异常声音，可能是由于电路中的电气干扰或者某些部件的物理故障。

⑦调光器开路，多台恒流调光器同时开路的情况也可能发生，这会影响整个灯光系统的稳定运行。

⑧偏磁故障，恒流调光器可能会出现偏磁故障，这种情况下，可能需要更换调光器的触发电路板或可控硅等部件。

3.2故障分析

调光设备在机场助航灯光系统中扮演着至关重要的角色，其稳定、精确的工作状态直接影响到飞机起降的安全性和效率。然而，在实际运行过程中，调光设备难免会出现各类故障。本节将对调光设备的常见故障进行深入剖析，从故障现象出发，揭示其背后可能存在的多种原因，旨在为后续的故障检测方法优化提供理论依据。

3.2.1内部组件失效

调光设备内部包含一系列复杂的电子元器件，如电源模块、控制芯片、驱动电路、保护装置等。这些组件的任何一处失效都可能导致设备故障。例如，电源模块故障可能导致供电电压不稳定，引发输出亮度异常或设备无法启动；控制芯片故障可能导致信号处理失常，引发响应速度减慢或无规律闪烁；驱动电路故障可能导致光源无法得到准确的驱动电流，引起亮度异常或闪烁；保护装置如过热保护、短路保护等失效，则可能导致设备在异常条件下持续运行，加速其他组件损坏。

3.2.2环境因素影响

调光设备的工作环境往往具有较高的电磁干扰、温度波动、湿度变化等特点。长期处于恶劣环境中，设备性能易受侵蚀。电磁干扰可能导致控制信号失真，引发输出异常；高温环境下，电子元器件寿命缩短，散热不良可能导致过热保护动作；湿度过高可能导致电路板腐蚀，引发接触不良或短路。盐雾、沙尘等特定环境因素也可能对设备外壳及密封件造成损害，导致内部组件受潮或污染，引发故障。

3.2.3维护不当与老化

定期的维护保养对于保持调光设备的良好运行状态至关重要。然而，维护不当或疏于维护可能导致设备故障频发。例如，清洁不彻底导致散热孔堵塞，引发过热；电气连接松动未及时紧固，引发接触不良；老化或磨损的部件未及时更换，如电容容量下降、电阻阻值漂移等，均可能引发输出异常或设备无法正常工作。设备长期运行必然面临老化问题，绝缘材料性能退化、电镀层脱落等都可能导致设备故障风险增加。

4.故障检测排除方法研究

4.1  现有故障检测与排除

在机场助航灯光系统的运行中，调光器由于长期工作会出现各种内部部件损坏的故障，针对此类故障，调光器设有故障代码提示功能，发生故障时可根据故障代码按照对应的检测方法进行检测并进行故障排除，故障代码有E01、E02、E03、E04四种类型分别对应可控硅模块静态或动态击穿，调光器过流保护烧断，互感器短路/短路，可控硅关断。[1]

4.1.1  E01故障排除

当调光器出现E01报警时将调光器电源切断，在停电状态下用万用表测量可控硅两端电阻若无穷大说明可控硅击穿则需要跟换可控硅，若电阻正常说明可控硅未被击穿，进一步进行短路测试，用电缆将调光器高压输出端短接，接通调光器电源，若报警消失说明故障出现在灯光回路中，若报警没有消失说明是主控板出现问题需要更换主控板。流程如图：

图5  E01故障排除

4.1.2  E02故障排除

当调光器出现E02报警时将调光器电源切断，检查快速熔断器是否熔断，若熔断则需要更换快速熔断器，若快速熔断器正常，进一步进行故障排除；更换触发板，接通电源，观察调光器报警是否消失，若消失说明是触发板出现故障，若报警没有消失说明主控板出现故障，则需要对主控板进行更换，[2]流程如图。

图6  E02故障排除

4.1.3  E03故障排除

当调光器出现E03报警时，对调光器进行短路测试，将电源切断，用电缆将调光器高压输出端短接，打开电源观察报警是否消失，若报警没有消失说明主控板上互感传感器短路或短路，则需要对主控板进行更换，若调光器报警消失说明灯光回路电缆断路需要对灯光回路电缆断路处进行修复。[3]

图7  E03故障排除

4.1.4  E04故障排除

当调光器出现E04故障时需要检查供电电源是否缺相，若象限缺相说明供电线路故障导致的E04报警，需要对供电线路进行维修，若相线完整排除因为供电线路故障导致的E04报警，说明可能因为触发板的问题导致E04报警，将触发板进行更换，观察报警是否消失，若报警消失说明接触器故障可控硅关断接触器释放，若报警没有消失说明主控板故障。

图8  E03故障排除

以上四种故障的检测方法，在检测时，需要不停更换调光器部件，对于调光器的安全稳定运行埋下隐患；并且需要对外场电路进行故障检测，步骤复杂，耗费人力物力，工作量大，检测效率不高；当多种问题同时出现，按照上述检测流程对调光器进行检测，会导致检测步骤错乱，检测流程不适用，故障检测点不准确的情况出现。

4.2  故障检测方法优化设计

根据对调光器常见故障检测流程的归纳分析，对调光器故障检测流程进行了如图优化

1.首先，当调光器上电后，需要检查VFD（真空荧光显示屏）是否有信号显示。如果没有信号，可能是电源问题或VFD本身故障，需要进一步检查电源和连接线路或更换VFD。如果VFD有信号显示但内容混乱，可能是主板或显示板出现问题。此时应先尝试更换主板，如果更换后问题依旧，再考虑更换显示板。如图9 ①。

2.若VFD显示正常，显示无过零信号，检查输入信号是否正常。如果输入信号不正常，可能是外部控制设备或连接线路有问题，需要进行相应的检查和修复。若VFD显示过流保护，检查可控硅组件和外场灯光回路。对于可控硅组件的检查，可以通过使用万用表测量电阻来判断是否开路或短路，如果可控硅组件损坏，需要更换相应的部件。若显示外场开路，说明外场开路或电流采样信号断。如图4.9 ②。

3.若没有以上三种故障，可能是由于坏灯检测超限。此时应检查外场回路灯泡是否损坏，并更换损坏的灯泡。在某些情况下，还可能出现VA跌落10%的报警。这可能是由于传感器或执行器机构的问题。需要检查这些部件是否正常工作，并进行必要的维护或更换。最后，如果所有上述步骤都无法解决问题，可能需要更深入地检查系统其他部分，检查外场灯光回路等，以找出潜在的故障点。如图4.9 ③。

图9  调光器检测优化流程图

经过优化使流程更具明确性，流程图清晰地展示了从开始到结束的每一步操作，确保每一个环节都被考虑到。逻辑性强，每一步都基于前一步的结果进行决策，确保了故障检测的逻辑性和连贯性。易于追踪和复现，通过明确的步骤和决策点，可以很容易地追踪到问题出现的地方，并复现故障检测的过程。高效性，通过优先处理最可能的问题点，减少了不必要的检查和测试，提高了故障检测的效率。易于培训新检测员，清晰的流程图使得新员工能够更快地理解和掌握故障检测的方法和步骤有助于持续改进，在实际操作中积累的数据和反馈可以用来进一步优化和改进流程。减少人为错误，明确的指导和步骤减少了人为判断和误操作的可能性。

5.结语

机场助航灯光系统中调光器属于核心设备，调光设备的工作性能的好坏直接影响助航灯光系统光级调节，而调光设备的常见故障检测显得尤为重要。传统检测方法需要逐步去排除，不利于快速、高效的检修工作的开展，经过优化后的检测方法从整体上对调光设备故障情况进行检测，能够高效完成故障的排除。随着技术的不断完善与发展，检测方法会逐步趋于成熟。

参考文献：

[1]康华光.电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,1999.6.

[2]曹先,高淑玲.助航灯光专业知识[J].中国民航,2001(5).

[3]高淑玲,王云岭.机场目视助航设施[J].天津科学技术, 2004(7).

作者简介：陶彬（出生年月：1988.02），性别：男，籍贯：河北唐山，学历：硕士研究生，职称：副教授，研究方向，机场工程、教育教学理论。