一、引言
航空安全一直是伴随航空事业发展的重要问题，减少航空电气系统的火灾安全隐患可以有效的提高航空器飞行的可靠性，而故障电弧是引起航空电气系统火灾的重要原因。近几年，随着飞机配电系统容量的不断增加，由于故障电弧引发的线路故障发生概率剧增，航空电气安全问题变得尤为严峻。因此，研究故障电弧的特性，找出有效的航空交流故障电弧检测方法对于保障航空电气安全具有重要的现实意义[1]。
随着航空事业的迅速发展，飞机上的用电设备越来越多，飞机的配电系统也越来越复杂，因此航空电缆也随之增多。为了满足航空电气系统对航空电缆可靠性、轻便性和高集成度的要求，航空电缆要比普通电缆的直径小，而航空线缆长期受温差、振动、辐射、潮湿、化学腐蚀等因素的影响，很容易逐渐老化产生裂纹，留下安全隐患[2]。航空电缆绝缘老化损坏的部位很可能被击穿，产生断续的电弧。
航空电气系统故障电弧的产生具有很强随机性，不容易检测，且具有持续时间短、电流强度小的特点。当回路中发生故障电弧时，由于电弧电流的有效值往往低于动作电流值，因此传统过流保护装置并不能对故障电弧电路进行保护[3]。因此研制航空故障电弧断路器对于保障航空电气安全具有非常重要的意义。
二、电弧故障分析
航空故障电弧的产生原因主要包括两个方面，即电缆绝缘层碳化和线路的短路。一方面，电缆长时间通电或者线路短路会产生高温，这使得有机材料变得不稳定，加速变质，甚至碳化，在这些碳化处就可能产生故障电弧；另一方面，由于航空电缆长期处于潮湿、振动、高温差等恶劣环境下，所以电缆绝缘层极易被破坏致使导体暴露。裸露导体暂时性接触引发短路，这时就会有电弧产生。电弧放电的形式有多种分类，具体如图1所示。
图1故障电弧分类
鉴于电弧现象复杂多样，并且难以定量分析，本文基于Matlab平台开展了交流故障电弧仿真，使用Matlab软件下的Simulink仿真工具中已有封装好的Mayer电弧模块，建立了如图2所示的交流故障电弧仿真模型。
图2交流故障电弧仿真模型
针对图2所示构建交流故障电弧仿真电路为阻感性电路，电源电压为115V，阻感性负载为10Ω+5mH。电弧附近接示波器对电弧电压与电流进行检测，得到仿真结果如图3所示。
（a）电压波形 （b）电流波形
图3故障电弧仿真波形
分析仿真结果可知，在交流供电系统下，负载类型对电弧电流影响较大，而对电压波形影响较小，除了峰值有明显提高，都存在电压“小平肩”，从而有利于不同负载类型下故障电弧的识别故障。
三、电弧检测国内外研究现状及发展方向
目前，根据国内外学者对故障电弧检测方法的研究，可大致将其分为三类：模型式检测方法、光电式检测方法、电子式检测方法。
随着上世纪50-80年代现代等离子体物理学的建立与对电弧认识的进一步加深，相继出现了开关电弧的辐射数学模型、器壁侵蚀型数学模型、链式电弧模型、二维MHD电弧数学模型与三维MHD电弧数学模型，应用电弧数学模型对故障电弧进行检测存在检测参数多、使用条件受限等问题，因此这种方法还仅停留在仿真阶段，进展十分缓慢。
光电式检测方法按照电弧发生时故障点处的压力、温度、弧光、噪声等的变化对电弧进行监测。其中温度以及气压的上升经常作为特征现象用于电弧检测，光学传感器以及紫外传感器经常用于电弧检测设备的设计与生产中。此外，大功率电弧通常还有明显的噪声特征，电弧发生过程中释放的具有很宽频带的电磁干扰等都可以用于电弧检测与识别。
电子式检测方法根据发生电弧故障时电网中的电流和电压都会产生显著的变化等特征对电弧故障进行监测。按照对电压信号与电流信号分析时选用数学方式的不同，又可以把电子式检测方法分为时域检测方法、频域检测方法及时频域检测方法。
多年来，国内外研究学者一直致力于故障电弧精确检测的研究，针对目前国内外在这一领域的研究现状和故障电弧精确检测的难点，可以从以下几个方面进一步深入研究。
（1）综合弧光、噪声、辐射、温度、电流、电压变化的信息，将多参量信息进行融合，建立多参量信息融合模型是故障电弧检测的一个主要方向；
（2）针对电器种类和联结方式的复杂性，采用深度学习等新技术自动学习故障电弧深层特征，通过囊括大规模电流数据，及时分析用电线路变化情况和准确辨识故障电弧是否发生，做到自适应保护；
（3）目前对故障电弧检测的研究基本停留在电弧发生后再检测，在电弧发生前实现故障电弧检测是一个比较新的课题。
四、结束语
本文从故障电弧的产生原因及故障特征入手，通过实例仿真研究了负载类型对故障电弧的影响。结合国内外现有的故障电弧检测方法，提出了基于深度学习、多信息融合、自适应保护的故障电弧检测未来发展方向，以期推动故障电弧检测技术的继续深入研究。
五、参考文献
[1]胡文达.航空交流故障电弧检测技术的研究与应用[D].河北工业大学.2017.
[2]吕明,刘洋,李鹏昌.民用飞机线束电弧问题研究[J].航空科学技术,2014,25(11):19-22.
[3]曹涛.航空电气电弧、短路危害及保护研究[J].航空工程进展，2020，11（1）:140-146.