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由于飛機(jī)內(nèi)空間狹小，航空電纜排線復(fù)雜，加之高空中的強(qiáng)氧化環(huán)境、粒子射線以及水汽的影響，使得航空電纜容易受到損害。此外，在飛機(jī)起飛和降落的過(guò)程中，受到氣流影響，飛機(jī)的飛行狀態(tài)發(fā)生改變，引起的連續(xù)振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電纜線束發(fā)生彎曲、摩擦甚至折斷的現(xiàn)象，繼而發(fā)生航空交流電弧故障，進(jìn)而可能引發(fā)空難。因此，研制電弧故障斷路器（Arc Fault Circuit Breaker, AFCB）是十分必要的。綜上，尋求一種能夠快速、準(zhǔn)確地識(shí)別電弧故障的方法對(duì)于AFCB的研發(fā)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的修改都將具有重要意義。

河北工業(yè)大學(xué)電器研究所的研究人員研究了眾多的電弧故障識(shí)別策略，但是都不能很好地解決問(wèn)題。利用傳統(tǒng)的單一指標(biāo)檢測(cè)法進(jìn)行故障識(shí)別的時(shí)候，正常數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)往往存在一定的重疊數(shù)據(jù)，因此即使確定了識(shí)別閾值，仍然有部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)發(fā)生識(shí)別錯(cuò)誤，使得識(shí)別率不高。此外，單一指標(biāo)檢測(cè)法對(duì)負(fù)載類型及阻值的改變過(guò)于敏感，例如，小波變換對(duì)于線性負(fù)載和非線性負(fù)載的檢測(cè)頻段是不一樣的，無(wú)法使用統(tǒng)一的閾值進(jìn)行故障識(shí)別。

圖1 點(diǎn)接觸試驗(yàn)原理

圖2 振動(dòng)試驗(yàn)原理

圖3 截?cái)嘣囼?yàn)原理

研究人員利用將相空間重構(gòu)和遺傳算法優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法進(jìn)行電弧故障檢測(cè)。從所得的電流相平面圖能夠很好地觀察出是否發(fā)生電弧故障，對(duì)于非線性負(fù)載也有很好的辨識(shí)度。利用相平面圖計(jì)算出信號(hào)的分形維數(shù)，結(jié)果表明，對(duì)于不同的試驗(yàn)類型，雖然故障電流波形差異很大，但是分形維數(shù)均能夠很好地識(shí)別出故障電流信號(hào)，并且不受采樣頻率變化的影響。

基于相空間重構(gòu)的計(jì)盒維數(shù)、信息維數(shù)以及均值比及其標(biāo)準(zhǔn)差和峰峰值在對(duì)點(diǎn)接觸、振動(dòng)和截?cái)嗳愒囼?yàn)進(jìn)行電弧故障診斷時(shí)均表現(xiàn)出良好的特性，克服了單一指標(biāo)的檢測(cè)缺陷，可以為電弧故障識(shí)別提供初步的判斷依據(jù)。將傳統(tǒng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遺傳算法優(yōu)化，克服了傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)收斂速度慢、容易陷入局部極值的缺點(diǎn)，故障預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率進(jìn)一步提高，為航空電弧故障診斷提供了新的思路。

以上研究成果發(fā)表在2020年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊1，論文標(biāo)題為“基于相空間重構(gòu)的航空電弧故障識(shí)別方法”，作者為崔芮華、曹歡。