航空電氣電弧短路危害及保護研究

1、航空電氣電弧短路危害及保護研究摘要：國內(nèi)外對航空電弧和短路做了大量的研究，但大多是理論方法和軟件仿真。利用MATLAB軟件對電弧進行了研究。研究了電路中電弧產(chǎn)生的原因及防護方法。研究了電弧的數(shù)學模型黑箱模型和磁流體動力學模型，選擇了簡化的Schavemaker模型進行分析?；诖耍旅婢秃娇针娀《搪返奈：胺雷o進行探討，以供參考。關(guān)鍵詞：航空電氣；電弧短路危害；保護研究引言隨著經(jīng)濟社會的不斷進步和國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對電力和能源的需求越來越大，各種電氣設(shè)備的安裝要求已經(jīng)成為整個社會經(jīng)濟發(fā)展不可缺少的一部分。然而，在實際的電氣工程設(shè)備安裝和技術(shù)操作過程中，由于各種因素的影響，往往給整個電氣工

2、程的生產(chǎn)質(zhì)量和安全發(fā)展帶來許多隱患。1電弧短路起火機理在短路火災中，接地故障是最常見、最容易引起火災的危險。電流導體與質(zhì)量之間存在短路，以電弧作為通路的電弧彎曲接頭。這是因為，雖然電路設(shè)計時通常在線路的頭上安裝過電流保護，以避免火災危險，但這類裝置以電流過載為觸發(fā)點，當接地短路時，局部接觸點似乎斷了，阻抗大，電流小，因此不足以觸發(fā)過電流保護，電弧的高溫達到30004000度，容易點燃周圍介質(zhì)并引起火災。因此，接地電弧短路火災有很大的隱患和災害。從電弧短路火災的機理出發(fā)，提出了如何在建筑電氣測量中防止它從根本上科學地防止危險的發(fā)生。當前，建筑電氣測量中實際使用的防護裝置有兩種:漏電斷路器和電氣火

3、災監(jiān)測系統(tǒng)。第一種是結(jié)合故障電流監(jiān)測和斷路器的裝置。工作原理是差動電流監(jiān)測器負責監(jiān)測分流電流并記錄其尺寸。當達到顯示器設(shè)定值時，會傳送訊號來觸發(fā)斷路器，或發(fā)出夏天的聲音來觸發(fā)警示。后者是一個獨立的電氣火災監(jiān)測系統(tǒng)，故障電流監(jiān)測器也用于監(jiān)測和記錄旁路電流。達到裝置的設(shè)定值后，通過通信總線發(fā)送信號通知后端電氣火災監(jiān)測系統(tǒng)。2電弧、電路原理及分類電弧是一種氣體放電現(xiàn)象，表現(xiàn)為電流通過某些絕緣介質(zhì)（如空氣）所產(chǎn)生的瞬間火花。根據(jù)電流類型，可分為交流弧、直流弧和脈沖弧。電弧的特點是能量集中、溫度高、亮度高，是強光高溫電離現(xiàn)象4。民用飛機線束的電弧通常發(fā)生在導線之間或?qū)Ь€與金屬結(jié)構(gòu)之間，屬于平行電弧。釋放

4、的能量巨大，超過5500C，可能導致電線絕緣層開裂和碳化，形成導電通道，金屬導體過熱，引起火災。根據(jù)故障光弧的位置，可將其分為串聯(lián)弧和并聯(lián)弧兩類，如圖1所示。串聯(lián)故障光弧是電極之間松散連接或接觸不良造成的。串聯(lián)電弧通常在接插或串聯(lián)負載時發(fā)生。腐蝕和氧化、連接損壞、電纜絕緣惡化、內(nèi)部金屬導體斷裂等。均可引起串聯(lián)故障層弧。并聯(lián)故障層弧發(fā)生在相位線和中性線之間，或相位線和相位線之間，原因是導體絕緣損壞等。是兩導體之間的短路，還是導體和結(jié)構(gòu)之間的瞬時短路，是短路弧。例如，在航空器中，沖壓孔形成的金屬薄片被嵌入電纜中，飛機的長期飛行振動磨損了電纜，導致導線之間平行短路。如果這種短路現(xiàn)象持續(xù)下去，就會形成

5、短路。本文研究了飛機金屬過剩引起的三相交流電路任意兩個階段短路和短路對線路、設(shè)備和結(jié)構(gòu)的損壞。尋找保護線路電弧和短路的新技術(shù)。3航空電氣電弧短路危害的保護措施3.1電弧故障識別及驗證實際工作中，難以對每一條連接電器的線路電流實時測量，因此選擇依據(jù)實驗室整體電流構(gòu)建識別方法，定義該電流為系統(tǒng)電流，從3個方面提取系統(tǒng)電流時頻信息后依據(jù)突變理論進行融合以判斷電弧故障。首先在時域上提取系統(tǒng)電流的周期平均值極差、變量極大值以及峰度系數(shù)3個特征，其次經(jīng)過傅里葉變換計算系統(tǒng)電流的諧波因數(shù)以及總諧波畸變率，然后提取系統(tǒng)電流的小波峰度極值、小波Shannon能量熵以及小波Tsallis奇異熵，最后利用突變理論燕

6、尾型規(guī)格化公式融合信息辨識實驗室是否發(fā)生電弧故障并進行仿真驗證。3.2遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存在收斂速度慢、容易陷入局部極值等缺點，因此采用遺傳算法優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對電弧故障進行診斷，以提高算法精度。遺傳算法優(yōu)化（genetic algorithms）BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬了自然界生物遺傳的規(guī)律。其基本原理是將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層、中間層和輸出層的閾值和權(quán)值作為一條染色體，隨機產(chǎn)生若干組這樣的染色體，稱它們?yōu)橐粋€種群。對種群中的染色體進行選擇、交叉和變異的操作，并進行網(wǎng)絡(luò)訓練，記錄所產(chǎn)生的誤差和，稱這些誤差和為適應度。每一次訓練稱為一次進化，若干次進化后，找出適應度最好，即誤差和最小的染

7、色體作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的閾值和權(quán)值，用于進行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預測。3.3頻域檢測方法研究所存在的電弧電流平穩(wěn)，電流中會存在較大的諧波，利用相關(guān)軟件將電弧電流數(shù)據(jù)導入到軟件中之后，可以看到電流頻譜特點。當產(chǎn)生電弧之后，在某一段頻率上會出現(xiàn)較大的諧波。根據(jù)現(xiàn)有電弧硬件檢測設(shè)計方法，針對其諧波大的特點，在電弧事件的檢測上，可通過觸發(fā)信號進行，主要是電弧較為集中的頻段。例如提取諧波比較集中的一段，將這一段放大處理，在電弧產(chǎn)生后，對電路輸出進行放大，得到一個比較大的值，隨后將其輸入到比較器的正端位置。3.4基于突變理論的時頻信息融合突變理論是通過勢函數(shù)對一個光滑系統(tǒng)中隨機、偶然的突變過程作出適當?shù)臄?shù)學描述。變理論需對

8、系統(tǒng)的狀態(tài)和勢函數(shù)作如下假設(shè)：假設(shè)系統(tǒng)的狀態(tài)可以通過狀態(tài)變量描述，同時系統(tǒng)的狀態(tài)又受到控制變量控制，即可能出現(xiàn)突變的變量為狀態(tài)變量，引起突變的變量為控制變量；假設(shè)存在一個光滑的勢函數(shù)可以描述系統(tǒng)的突變，而該勢函數(shù)描述的方法就是通過狀態(tài)變量和控制變量。3.5時域檢測方法研究當產(chǎn)生電弧后，電流峰值要比正常的電流小，根據(jù)這一特點進行檢測。峰值電流每半波就可以送入CPU，在CPU采樣率上，應設(shè)置合適的值，從而檢測到交流信號中各個半波電流的最大值，通過TCA算法進行其他半波的計算，如果TCA算法計算數(shù)值都比電弧檢測閥值大，就可以判斷是一次電弧事件。在電弧事件發(fā)生后，相應的電弧波形會產(chǎn)生不規(guī)則的變化，這是

9、產(chǎn)生的電流值隨機性較大，采樣電流平均值不會近似于零，因此可以應用平均值檢測方法的進行檢測。對四個半波采樣值的平均值實施相加處理，在與前四個半波的平均值實施相減處理，經(jīng)過計算得出的值大于設(shè)定的閥值之后，就可以判斷為是電弧事件。3.6合理有效的進行故障電弧模型的搭建就如今的模型實際情況而言，在進行數(shù)學掃描時，黑盒電弧的模型容易受到研究人員的關(guān)注。即便是研究結(jié)果中指出，這類模型并不能夠?qū)娇障到y(tǒng)的電氣故障進行準確的分析，但是能夠?qū)收想娀∵M行準確的仿真，分析出故障電弧、電壓特征以及電流特征等。在此過程中，借助描繪電流以及標準電壓得到的微分等式參數(shù)，可以對正確測量法下的電弧非線性阻抗進行準確的分析。結(jié)束語供電系統(tǒng)短路故障進行分析研究，主要