航空電氣電弧短路危害及保護(hù)研究

1、航空電氣電弧短路危害及保護(hù)研究摘要：國(guó)內(nèi)外對(duì)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(duì)電弧進(jìn)行了研究。研究了電路中電弧產(chǎn)生的原因及防護(hù)方法。研究了電弧的數(shù)學(xué)模型黑箱模型和磁流體動(dòng)力學(xué)模型，選擇了簡(jiǎn)化的Schavemaker模型進(jìn)行分析?；诖?，下面就航空電弧短路的危害及防護(hù)進(jìn)行探討，以供參考。關(guān)鍵詞：航空電氣；電弧短路危害；保護(hù)研究引言隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷進(jìn)步和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)電力和能源的需求越來(lái)越大，各種電氣設(shè)備的安裝要求已經(jīng)成為整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可缺少的一部分。然而，在實(shí)際的電氣工程設(shè)備安裝和技術(shù)操作過(guò)程中，由于各種因素的影響，往往給整個(gè)電氣工

2、程的生產(chǎn)質(zhì)量和安全發(fā)展帶來(lái)許多隱患。1電弧短路起火機(jī)理在短路火災(zāi)中，接地故障是最常見(jiàn)、最容易引起火災(zāi)的危險(xiǎn)。電流導(dǎo)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?yàn)椋m然電路設(shè)計(jì)時(shí)通常在線(xiàn)路的頭上安裝過(guò)電流保護(hù)，以避免火災(zāi)危險(xiǎn)，但這類(lèi)裝置以電流過(guò)載為觸發(fā)點(diǎn)，當(dāng)接地短路時(shí)，局部接觸點(diǎn)似乎斷了，阻抗大，電流小，因此不足以觸發(fā)過(guò)電流保護(hù)，電弧的高溫達(dá)到30004000度，容易點(diǎn)燃周?chē)橘|(zhì)并引起火災(zāi)。因此，接地電弧短路火災(zāi)有很大的隱患和災(zāi)害。從電弧短路火災(zāi)的機(jī)理出發(fā)，提出了如何在建筑電氣測(cè)量中防止它從根本上科學(xué)地防止危險(xiǎn)的發(fā)生。當(dāng)前，建筑電氣測(cè)量中實(shí)際使用的防護(hù)裝置有兩種:漏電斷路器和電氣火

3、災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。第一種是結(jié)合故障電流監(jiān)測(cè)和斷路器的裝置。工作原理是差動(dòng)電流監(jiān)測(cè)器負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)分流電流并記錄其尺寸。當(dāng)達(dá)到顯示器設(shè)定值時(shí)，會(huì)傳送訊號(hào)來(lái)觸發(fā)斷路器，或發(fā)出夏天的聲音來(lái)觸發(fā)警示。后者是一個(gè)獨(dú)立的電氣火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，故障電流監(jiān)測(cè)器也用于監(jiān)測(cè)和記錄旁路電流。達(dá)到裝置的設(shè)定值后，通過(guò)通信總線(xiàn)發(fā)送信號(hào)通知后端電氣火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。2電弧、電路原理及分類(lèi)電弧是一種氣體放電現(xiàn)象，表現(xiàn)為電流通過(guò)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(lèi)型，可分為交流弧、直流弧和脈沖弧。電弧的特點(diǎn)是能量集中、溫度高、亮度高，是強(qiáng)光高溫電離現(xiàn)象4。民用飛機(jī)線(xiàn)束的電弧通常發(fā)生在導(dǎo)線(xiàn)之間或?qū)Ь€(xiàn)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(guò)5500C，可能導(dǎo)致電線(xiàn)絕緣層開(kāi)裂和碳化，形成導(dǎo)電通道，金屬導(dǎo)體過(guò)熱，引起火災(zāi)。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(lèi)，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(fù)載時(shí)發(fā)生。腐蝕和氧化、連接損壞、電纜絕緣惡化、內(nèi)部金屬導(dǎo)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(xiàn)和中性線(xiàn)之間，或相位線(xiàn)和相位線(xiàn)之間，原因是導(dǎo)體絕緣損壞等。是兩導(dǎo)體之間的短路，還是導(dǎo)體和結(jié)構(gòu)之間的瞬時(shí)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(jī)的長(zhǎng)期飛行振動(dòng)磨損了電纜，導(dǎo)致導(dǎo)線(xiàn)之間平行短路。如果這種短路現(xiàn)象持續(xù)下去，就會(huì)形成

5、短路。本文研究了飛機(jī)金屬過(guò)剩引起的三相交流電路任意兩個(gè)階段短路和短路對(duì)線(xiàn)路、設(shè)備和結(jié)構(gòu)的損壞。尋找保護(hù)線(xiàn)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(hù)措施3.1電弧故障識(shí)別及驗(yàn)證實(shí)際工作中，難以對(duì)每一條連接電器的線(xiàn)路電流實(shí)時(shí)測(cè)量，因此選擇依據(jù)實(shí)驗(yàn)室整體電流構(gòu)建識(shí)別方法，定義該電流為系統(tǒng)電流，從3個(gè)方面提取系統(tǒng)電流時(shí)頻信息后依據(jù)突變理論進(jìn)行融合以判斷電弧故障。首先在時(shí)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(gè)特征，其次經(jīng)過(guò)傅里葉變換計(jì)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(shí)實(shí)驗(yàn)室是否發(fā)生電弧故障并進(jìn)行仿真驗(yàn)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(diǎn)，因此采用遺傳算法優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)電弧故障進(jìn)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(jī)產(chǎn)生若干組這樣的染色體，稱(chēng)它們?yōu)橐粋€(gè)種群。對(duì)種群中的染色體進(jìn)行選擇、交叉和變異的操作，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，記錄所產(chǎn)生的誤差和，稱(chēng)這些誤差和為適應(yīng)度。每一次訓(xùn)練稱(chēng)為一次進(jìn)化，若干次進(jìn)化后，找出適應(yīng)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(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)。3.3頻域檢測(cè)方法研究所存在的電弧電流平穩(wěn)，電流中會(huì)存在較大的諧波，利用相關(guān)軟件將電弧電流數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件中之后，可以看到電流頻譜特點(diǎn)。當(dāng)產(chǎn)生電弧之后，在某一段頻率上會(huì)出現(xiàn)較大的諧波。根據(jù)現(xiàn)有電弧硬件檢測(cè)設(shè)計(jì)方法，針對(duì)其諧波大的特點(diǎn)，在電弧事件的檢測(cè)上，可通過(guò)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)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(duì)電路輸出進(jìn)行放大，得到一個(gè)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(shí)頻信息融合突變理論是通過(guò)勢(shì)函數(shù)對(duì)一個(gè)光滑系統(tǒng)中隨機(jī)、偶然的突變過(guò)程作出適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)描述。變理論需對(duì)

8、系統(tǒng)的狀態(tài)和勢(shì)函數(shù)作如下假設(shè)：假設(shè)系統(tǒng)的狀態(tài)可以通過(guò)狀態(tài)變量描述，同時(shí)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(gè)光滑的勢(shì)函數(shù)可以描述系統(tǒng)的突變，而該勢(shì)函數(shù)描述的方法就是通過(guò)狀態(tài)變量和控制變量。3.5時(shí)域檢測(cè)方法研究當(dāng)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(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。峰值電流每半波就可以送入CPU，在CPU采樣率上，應(yīng)設(shè)置合適的值，從而檢測(cè)到交流信號(hào)中各個(gè)半波電流的最大值，通過(guò)TCA算法進(jìn)行其他半波的計(jì)算，如果TCA算法計(jì)算數(shù)值都比電弧檢測(cè)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(yīng)的電弧波形會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則的變化，這是

9、產(chǎn)生的電流值隨機(jī)性較大，采樣電流平均值不會(huì)近似于零，因此可以應(yīng)用平均值檢測(cè)方法的進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)四個(gè)半波采樣值的平均值實(shí)施相加處理，在與前四個(gè)半波的平均值實(shí)施相減處理，經(jīng)過(guò)計(jì)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(jìn)行故障電弧模型的搭建就如今的模型實(shí)際情況而言，在進(jìn)行數(shù)學(xué)掃描時(shí)，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(lèi)模型并不能夠?qū)娇障到y(tǒng)的電氣故障進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，但是能夠?qū)收想娀∵M(jìn)行準(zhǔn)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(guò)程中，借助描繪電流以及標(biāo)準(zhǔn)電壓得到的微分等式參數(shù)，可以對(duì)正確測(cè)量法下的電弧非線(xiàn)性阻抗進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。結(jié)束語(yǔ)供電系統(tǒng)短路故障進(jìn)行分析研究，主要