飞机电弧故障检测技术论述

陈辉 张建

摘 要：随着社会的进步和发展，飞机逐渐成为人们工作和生活中必须的交通工具，而电弧故障作为影响其飞行安全最为重要的因素之一，所以加强对电弧故障检测就显得尤为重要了。基于此，本文通过对飞机电弧机械检测以及电气检测两种方式进行了相关阐述，并提出了为了电弧故障检测技术的发展方向。

关键词：飞机电弧 检测技术 发展方向

1、引言

作为影响飞机飞行安全的因素之一，电弧故障检测吸引了越来越多科研工作者的目光。由于电弧故障可以直接引发电气装置损坏、供电中断甚至发生火灾等情况，所以，近年来特别是对于老旧飞机而言，电弧故障被认定为空难的主要原因。目前几乎所有的飞机均是依靠电力来完成飞行、环境、计算机通信、发动机以及乘客娱乐服务等多种功能的，尤其也导致电弧故障所涉及的范围逐渐加大。为此，不仅是对于飞机的配电系统来说，还是人们的生命财产安全，研究有效的电弧故障检测技术显得尤为重要。

简单来说，电弧故障主要是高导电性电离气体在无意识的情况下所发生的一种自持放电现象，是一种以特殊形式存在的高阻抗故障。由于此故障的出现会对电路形成较高的阻抗，从而有效的阻止电路通过保护装置来进行自我保护，导致一些传统的保护装置，如保险丝、断路器等设备无法发挥作用。一般情况下，电弧故障主要是因为线路夹住、电线剪短、连接器松动或者线路绝缘老化等原因造成的。电弧间歇故障顾名思义，就是在特定环境下才会发生，并且在地面上几乎不会复现，所以必须要在飞行过程中对电弧故障进行检测和消除，否则当飞机返回陆地后，其根源将无法再次查找。飞机上的间歇电弧故障也主要是因为在长期的飞行过程中导致绝缘受损的线路与机身发生接触，或者连接器松动等情况引起的。

2、机械电弧故障检测

机械电弧故障检测技术主要是依靠温度和压力的变化作为故障指示，紫外传感器或者光学传感器等均可以作为检测设备。基于此，相关学者从此方面入手，通过压力区传声器以及环形天线、光敏三极管分别检测出了电弧的声音、电磁辐射、红外。另外，由于电弧具有独有的声音特征，所以也可以通过检测声音来完成故障检测，并且在电弧故障发生时会产生宽带的电磁信号被简单的调幅无线电或者拾取线圈而检测出来。据相关研究发现，有学者提出了一种检测直流电弧故障的检测方式及电磁辐射信号检测技术，该技术主要是通过电弧故障时激发的电磁场与剩余电流互感器所产生耦合反应，然后通过对收集的信号与标准进行比对来识别相应的电弧故障。或者有的学者通过超声辐射以及敏感电磁波前沿研究出了一种新型的断路器即电弧故障电路断路器，此设备通过对电弧独特的特征来完成检测。

3、电气电弧故障检测

3.1时域法

时域法电弧故障检测主要是通过对异常电流、电压以及参数等的检测来确定其电弧故障。在初期时域法的应用过程中，其主要通过监控RMS 电流以及平均电流来进行过载保护，然后在检测峰值电流来用于过流报警。随着科技的进步，时域法逐渐向着新的领域进行了研究，譬如三相电流的不平衡、电流和电压测量值的比率、电压微分、电流微分、沿一条馈线的电压不平衡以及电弧故障能量、电弧电流和电压的混沌特性等的研究来提升对电弧故障的有效检测。

3.2频域法

将傅里叶变换来定义为时域信号向频域信号的映射逐渐被越来越多的学者所认可。简单而言，离散傅里叶变换可以将故障信号有效的分解到列谱成分上，而快速傅里叶变换则为离散傅里叶变换提供了精准的计算解，进而提升了信号处理能力。该检测方法主要是将故障发生的相线和中线电流的谐波成分与在正常情况下的进行对比，并对波形失真的某些系数进行有效监测，计算方式如下（1）所示：

其中，Kdis 则代表的是失真系数，hi则表示第i 次谐波;

3.3时频域法

时频域法主要是通过确定信号的频率随时间所发生的规律而进行检测的技术，该方法可以有效的分析电弧故障在某一瞬间的变化行为。小波变换与傅里叶变换存在一定的差异，其具有频率以及时间信息，所以，被广泛的应用在电弧故障信号的处理方面。虽然小波变换在一定程度上较为复杂，但是其可靠性以及可信赖度均要高于其他信号处理技术。

4、故障电弧检测的发展方向

随着科技的进步，电弧故障引发了越来越多的学者关注，但是由于各方面因素的制约导致一些检测技术仍主要停留在理论层面。而随着信息技术的发展，飞机配电系统中固态功率控制器以及智能接触器的智能技术应用，为电弧故障的研究以及飞行线路问题带来新地发展机遇。为了有效提升电弧故障检测技术，SSPC 单元将可以获取负载的电流和电压，并具备一定的数据采集处理功能。接下来，为了更好的满足电飞机的电弧故障检测要求，应加强对智能电弧故障检测算法的研究。另外，由于机械电弧故障检测技术主要是依靠压力、电磁、热等物力特征来进行检测，不仅成本高而且检测范围小，所以，可以依靠传感器技术来提升检测质量。飞机线路系统是一种动态系统且受多方面因素的至于，譬如，起飞、开光操作、着陆等，所以，在进行飞机间歇电弧故障检测时可以通过其自适应变量阈值技术来进行检测。

综上所述，作为影响飞机飞行安全的因素之一，电弧故障检测吸引了越来越多科研工作者的目光。目前几乎所有的飞机均是依靠电力来完成飞行、环境、计算机通信、发动机以及乘客娱乐服务等多种功能的，尤其也导致电弧故障所涉及的范围逐渐加大。虽然电弧故障检测研究已经取得了一些成绩，但相关研发人员仍需不断与时俱进，不断创新，从而提升检测质量，確保飞机的安全飞行。

参考文献

[1]张兴斌.电弧故障检测装置功能指标测试系统研究[D].泉州：华侨大学，2016.

[2]刘振国，孙鹏，由广祥.数学形态学在串联型故障电弧诊断中的应用[J].高压电器，2016，52（9）：190-195.