基于航空交流故障电弧标准的电弧仿真研究

孟驰华, 马娅娜, 韦清瀚, 杨 昌

1.天津航空机电有限公司，天津 300308； 2.空装驻西安地区第一军事代表室，陕西 西安 710000)

航空电气系统中电弧多发生于飞机用电设备和电缆等位置(如图1所示)，引起很多空难，极大威胁了飞机电力系统设备及飞机的安全。1998年9月2日，瑞士航空客机HB-IWF在加拿大哈利法克斯机场附近海域发生空难，据调查，班机碎片中一根电线上有电弧的痕迹，由电弧产生的火花引起飞机火灾，造成229人无一生还，飞机在冲入大西洋后粉碎性解体。因此，航空电弧检测技术在保障飞机电力系统安全方面起到越来越重要的作用。

图1 飞机电弧故障事故图

作为航空电弧故障特性研究的基础，准确的电弧模型仿真可充分反映电弧电气特性，有助于航空故障电弧检测技术的发展和灭弧能力的提高[1-2]。

电力、居民用电等行业对交流电弧检测技术开展研究的时间较早，目前已有较深的理论研究。10 kV配电网中，针对风速和电弧电流的幅值变化对间歇性接地故障电弧的影响，改进了经典控制论电弧模型，并基于PSCAD平台搭建了其电弧模型，分析了不同电弧模型参数对间歇性电弧接地故障特征的影响[3-4]。基于弧隙平衡理论，以电弧电流为变量建立了过渡函数，构造了单相接地故障电弧模型，采用PSCAD平台搭建了故障电弧模型，可基本反映10 kV配电网故障电弧特性[5-6]。机械式开关中，线性和非线性负载条件下的串联故障电弧通过Schavemaker电弧模型来进行拟合，利用傅里叶变换分析电弧参数对电弧故障仿真的影响[7]。家用电网中，采用Simulink中的虚拟电力系统模块和串并联电弧模型对故障电弧拟合仿真，通过比较其时域特性和频域特性，得到不同模型的有效标准[8]。目前对交流电弧仿真技术的研究已覆盖中低压配电网、机械式开关和家庭电网等多种应用场景，但仿真模型都具有局限性，仅适用于某个场景下，后续需从仿真模型优化、动态仿真参数、仿真精度提升和验模方面开展工作。

在交流航空故障电弧仿真研究方面，目前的研究成果多针对恒频交流115 V供电体制下的故障电弧特性和通用仿真模型。已有学者对航空飞机故障电弧的产生原因进行了简要的电弧电气特征分析[9-10]。Cassie电弧模型虽考虑了航空交流电弧的燃弧机理，建立了故障仿真模型，但难以符合多种工况条件下的变化规律[11]。Simulink内含有Cassie开关电弧模型，在航空交流115 V条件下进行仿真后，难以拟合实际工况下的故障电弧电气特性波形[12]。国内学者基于电弧能量分析过程，建立电弧损伤模型，通过试验获得115 V/400 Hz并行电弧损伤数据，与模型结果对比后，总结了电弧损伤简化模型的优缺点，但并未体现航空交流标准下的电弧的特点[13]。Mayr电弧动态模型的构建基于航空交流故障电弧产生的物理过程，其搭建依托于Simulink，但并未与实际航空交流标准下的产生的电弧电气特性波形比较[14]。其他学者总结了交流电弧的电气特性、时域和频域特征，基于Mayr电弧模型，在交流串联条件下进行了电弧仿真，但所做交流电弧仿真并不完全契合航空交流电弧特点，且未与实际航空交流电弧数据拟合[15]。航空交流电弧仿真虽然对特定体制和工况下的电弧物理过程进行了拟合，但由于模型基本假设可能与实际多种工况不符或关键变化参数未在模型体现，当该模型置于其他工况时，故障电弧仿真模型与实际故障电弧电气特性波形差距过大，使航空交流故障电弧仿真模型的应用局限性较大。

本文所述航空交流故障电弧模型拟合架构如图2所示，针对现有故障电弧仿真模型在多种航空交流应用场景下局限性大、精度不足的问题，对不同工况下航空交流故障电弧电气特征进行分析，形成改进的电弧数学模型，多种电弧模型与不同交流工况下的航空故障电弧分别对应，基于通用仿真软件建立航空交流故障电弧仿真模型，不断调整模型参数并加入随机元素，增加航空交流故障电弧模型仿真结果拟合度。基于特征提取的故障电弧评估方法对仿真结果与实际航空交流故障电弧试验结果进行比较，从而验证本文所提出的航空交流故障电弧仿真模型和模型应用策略的有效性。

图2 航空交流故障电弧模型拟合架构图

1 航空故障电弧电气特性

参考SAE AS5692[16]航空交流断路器标准和IEC 62606[17]标准中提到的电弧发生试验(主要包括点接触截断电弧试验、振动式松动接线柱电弧试验和湿弧轨迹电弧试验)，现主要针对其中2类航空故障电弧进行研究，分别按照SAE AS5692中标准的电弧试验要求(电弧发生装置、电弧试验线路和操作步骤) ，以交流115 V/400 Hz、10 A额定为例进行航空交流点接触串联电极电弧试验(理想环境)、点接触串联截断电弧试验、点接触并联截断电弧试验和松动接线柱串联电弧试验，得到航空交流故障电弧电气特性波形图。

交流115 V/400 Hz串联电极电弧电气特性(电流电压)波形如图3所示。串联电路额定电流并未影响到起弧电压，起弧电压基本都在10 V左右，产生电弧后电压幅值分布在0～30 V之间，在发生电弧时，电弧电压持续时间较长的范围在16 V左右，电弧发生时电弧发生装置两端电压峰值并未随着额定电流发生改变，始终在150～160 V之间；电极电弧电流因电压在0附近不易起弧故有明显的零休区间。

图3 交流115 V/400 Hz串联电极电弧的电流电压波形

交流115 V/400 Hz串联截断电弧电气特性波形如图4所示。未起弧时，串联电路断开，电弧电流为0，电弧发生装置两端电压为电源电压；起弧后，电弧电流在断续的零休区间剧烈波动，断续地呈现不规则正弦波形，此时的电弧电压在15～30 V之间波动。

图4 交流115 V/400 Hz串联截断电弧的电流电压波形

交流115 V/400 Hz并联截断电弧电气特性波形如图5所示。电弧发生的时间段并未集中在某一区域而是在整段数据间歇出现，电弧两端电压值范围为15～30 V，电弧发生时电弧发生装置两端电压峰值始终在150～160 V之间；线路额定电流为10 A，电弧电流发生畸变，并联短路后，由于限流电阻的存在，电流幅值在95 A附近。

交流115 V/400 Hz串联松动接线柱电弧电气特性波形如图6所示。未起弧时，电弧发生装置两端的电压为正弦波形；发生电弧后，电弧两端电压的峰值范围降低到0～30 V之间，松动接线柱电弧发生时，电流在0与额定范围内剧烈波动，停止振动后电弧电流趋于0。

图6 交流115 V/400 Hz串联松动接线柱电弧的电流电压波形

本节依据航空115 V交流电弧试验标准，得到交流115 V/400 Hz 4种电弧试验下的电弧电气数据，从电弧电压电流的幅值分布范围、电压电流峰值、随机状态来进行分析，便于航空交流电弧模型仿真结果的对比和评估。

2 航空交流故障电弧数学模型

目前，传统的Cassie电弧模型和Mayr电弧模型不适用于准确描述航空交流故障电弧。随着电弧模型研究的不断发展，又提出了Stokes电弧模型[18]和Schavemaker电弧模型[19]，下面对这几种模型进行详细阐述，并从实际出发对这几种模型进行改进和优化。

2.1 Modified Stokes电弧模型

Modified Stokes电弧模型中可依据所研究的电弧对象具体情况，去设置模型中的电源参数和负载参数，可以准确地对不同频率和幅值的电源以及不同负载类型下的电路中的电弧建模。Modified Stokes模型中电弧放电间隙需要依据试验确定其模型参数，参数的设定简单且方便，但电弧电压公式中部分参数依据经验而来，故存在一定的局限性。

这里假设交流电单相与机体短接，电路中有阻感性负载，此时，故障发生点的等效电感电压UL可近似为

(1)

其于该模型，提出了一个经验公式表示，具体如下：

(2)

综合上述条件可得，电弧电流应满足：

(3)

式中：R为故障发生点的等效电阻；Rarcb为电弧等效初始基础电阻；L为故障发生点的等效电感；g为电弧放电间隙；t为燃弧时间；iarc为故障电弧电流；Uarc为故障电弧电压；UL为故障发生点的等效电感电压；Umax为交流电源幅值电压；ω为交流电的角频率。

2.2 Modified Schavemaker电弧数学模型

Modified Schavemaker电弧模型是通过对Mayr模型加以改进得到的。传统Schavemaker电弧模型如式(4)所示，但经过大量试验验证发现，实际情况中电弧耗散功率P和电弧时间常数τ不为常数，因此将P和τ设为g的幂函数，表达如式(5)所示。

(4)

(5)

式中:P0为耗散功率常量；τs为电弧事件常数系数；θ为电源相位对应角度。

以上为影响电导的参数，通过实际电弧电气数据拟合，获得对应电路下的电弧故障数学模型参数。

2.3 Modified Cassie-Mayr电弧数学模型

分析电弧的电压电流静态特性曲线可知，当电弧电流为低幅值时，符合传统Mayr模型描述的情况;当电弧电流为高幅值时，符合传统Cassie 模型描述的情况。在交流电路中，电流呈正弦周期变化，电弧发生时其电压电流皆不稳定。因此，若需完整描述航空交流故障电弧特性的模型，应将两个模型联系起来，建立以电流幅值为变量的过渡函数δ(i)，同时为增强模型泛化能力，在电弧电导公式中加入比例系数为

kR=(1-δ(i))Rm+δ(i)Rci

(6)

式中：过渡函数δ(i)∈(0,1)。考虑到交流电流幅值呈规律动态变化，过渡函数输出结果由电流幅值映射到(0,1)之间，用于做二分类，故选择Logistic函数的衍生式作为过渡函数，即

(7)

式中：i为电弧电流的动态变化值；参数α>0，决定δ(i)在电弧电流趋近过渡界限时的变化速率；i0为过渡电流。

随着电弧电流接近于零点，δ(i)为1/(1+eai0)接近于0，则Mayr电弧模型的动态电阻Rm将起主要作用；当电弧电流增大时，δ(i)函数值快速趋近于1，电弧电阻将符合Cassie模型的动态电阻Rc。

最终得到其电弧数学模型为

(8)

(9)

(10)

式中：τm为Mayr电弧时间常数；τc为Cassie电弧时间常数；uc为电弧电压常数;g为电弧整体电导；gc为高幅值电流下体现的Cassie电弧特性电导值；gm为低幅值电流下体现的Mayr电弧特性电导值。

通过电弧发生机理分析，对航空交流电弧模型进行了改进和优化，而后利用Simulink元件库建立仿真图，输入初始参数值，将仿真过程中电弧电压和电流数据导入微分方程求解器中，求解出下一时刻的电弧电导和电弧电流。

3 模型仿真与结果分析

根据上述电弧数学模型公式对电弧仿真模型进行搭建，在模型中加入随机元素，并对涉及到的参数进行调整，达到期望的电弧特性拟合效果，其中包括了Modified Stokes电弧模型、Modified Schavemaker电弧模型和Modified Cassie-Mayr电弧模型。

3.1 Modified Stokes电弧模型仿真结果

Modified Stokes电弧模型仿真电路如图7所示。电气系统主要参数板块都已标明，如故障电路正弦电压源板块、等效电阻板块等。航空电气系统中采用的电源主要是115 V的三相交流电源，所以电源的正弦交流信号板块设置频率为400 Hz，电压有效值为115 V，仿真时间设置为0.03 s，通过改变等效电阻和等效电感板块参数来设置不同类型负载的仿真模型。

图7 Modified Stokes 模型仿真电路图

设置电弧间隙I=0.00254 m，设置R=10 Ω，L=0.0001 mH，Rarcb=20 Ω，通过大量参数调试后，得到电弧电流、电弧电压与电源电压之间的仿真结果，Modified Stokes 模型仿真波形图如图8所示。图8中，电弧电流电压和电压源电压几乎同相位，电弧电流有明显零休区，电弧熄灭阶段时间较长；电弧电流发生了畸变；电弧电压波形近似方波形，电弧电压在电弧电流的零休区斜率最大，额定电流并未影响到起弧电压，产生电弧后电压幅值分布在0～30 V之间，电弧发生时电弧发生装置两端电压峰值并未随着额定电流发生改变，始终在150～160 V之间。此电流波形与航空交流串联电极试验电弧波形变化情况相同，试验环境理想，波形规律，经定性分析可用于拟合航空交流串联电极试验结果。

图8 Modified Stokes 模型仿真波形图

3.2 Modified Schavemaker电弧模型仿真结果

交流工况下，搭建Modified Schavemaker故障电弧仿真模型。利用Modified Schavemaker模型结合电弧接机体故障绘制故障电弧仿真模型，如图9所示。

图9 Modified Schavermaker 模型仿真电路图

在Modified Schavemaker电弧模型中，因航空电气系统中采用的电源主要是115 V的三相交流电源，所以电源的正弦交流信号板块设置频率为400 Hz，电压有效值为115 V，仿真时间设置为0.1 s。

通过改变等效电阻和电源板块参数来设置不同类型负载的仿真模型。图10为Modified Schavemaker 模型仿真波形图，其仿真结果符合对应电流电压等级范围，在零休区间附近随机发生电弧畸变，并伴有较剧烈的上下波动。与交流故障串联切割电弧电流零休畸变波形相似，经定性分析可用于模拟交流故障串联截断电弧试验的电弧波形。

图10 Modified Schavemaker 模型仿真波形图

3.3 Modified Cassie-Mayr电弧模型仿真结果

交流工况串联电路下，Modified Cassie-Mayr故障电弧仿真，条件为纯阻10 Ω，输入的交流电源为AC 115 V/400 Hz，仿真电路如图11所示。

图11 Modified Cassie-Mayr模型串联仿真电路图

在交流工况串联电路下，Modified Cassie-Mayr仿真电弧电压电流波形如图12所示。由图12可知，初始时无电弧发生，仿真电弧发生两端电流在10 A附近，无电压，0.05 s后发生电弧，阶段性产生电弧时,仿真电弧两端电流减小，仿真电弧产生的动态电阻较大，且有耗散功率和分压，导致电路中电弧电流变小，但两端电压很大，分到了大部分电源电压，此时，即使在间歇状态，电弧两端仍有较少分压，电弧处有较小动态电阻。其波形与交流工况下的串联松动接线柱试验电弧电压电流波形相似，可用于交流工况下的串联松动接线柱电弧模型仿真。

图12 交流串联Modified Cassie-Mayr模型仿真波形图

在交流工况并联电路下，进行Modified Cassie-Mayr故障电弧仿真，条件为纯阻10 Ω，限流电阻为1 Ω，输入的交流电源为AC 115 V/400 Hz，仿真电路如图13所示。

图13 Modified Cassie-Mayr 模型并联仿真电路图

在交流工况并联电路下，Modified Cassie-Mayr仿真电弧电压电流波形如图14所示。由图14可知，初始时无电弧发生，仿真电弧发生两端电流在10 A附近，电弧发生两端电压与负载电压相同，0.05 s后发生电弧，阶段性产生电弧时,负载被短路，仿真电弧两端电流迅速增大，仿真电弧产生的动态电阻较大，且有耗散功率，故分到了大部分电源电压。此时，电弧发生后，电导逐渐增大，分压略微减小。Modified Cassie-Mayr仿真电弧电压电流细节波形如图15所示，其交流电弧电压电流波形发生畸变，其波形与交流工况下的并联截断试验电弧电压电流波形相似，经定性分析可用于交流工况下的并联截断电弧模型仿真。

图14 交流并联Modified Cassie-Mayr模型仿真波形图

图15 交流并联Modified Cassie-Mayr模型仿真波形细节图

3.4 模型结果对比

通过将上述电弧模型仿真结果与实际航空交流故障电弧进行对比和定性分析后，可知不同的电弧仿真模型的结果对应不同类型试验的电弧电压电流波形，本文提出的不同电弧仿真模型分别对应不同种类航空交流故障电弧的模型应用策略，从而可更加精确、全面地拟合电弧电气特性，有助于实现构建电弧仿真模型的最终目的，用于航空交流故障电弧检测研究。现将上述电弧模型仿真与各种类型电弧试验的对应关系进行总结，如表1所示。

表1 电弧模型与航空交流电弧对应关系表

4 航空交流故障电弧模型评估

为了验证电弧模型应用策略的有效性，需要对电弧模型仿真所得电弧数据与实际故障电弧试验所得电弧数据进行定量分析。在仿真模型评估过程中，需要将不同电弧仿真模型结果数据与对应电弧试验的数据进行对比分析。

4.1 基于特征提取的电弧模型评估方法

电弧模型仿真所得的数据较为单一且重复，电弧试验采集所得电弧数据却各不相同，为了解决参考样本的不确定性和分析维度的单一性，本文通过基于特征值提取的电弧模型的评估方法，对多组电弧试验所得数据和电弧模型仿真所得数据进行不同维度的特征提取，得到特征向量，并观测其分布情况来评估电弧模型。

4.1.1 基于三周期算法的时域特征提取

三周期算法(Three Cycle Algorithm,TCA)是在两周期幅值差的基础上进行改进后提出的一种优化算法。将两周期幅值差作为电流波形畸变特征能够有效识别电流的畸变。但是仅以电流畸变作为电弧故障的判别依据是不充分的。许多非线性负载，如一些阻尼振荡类负载，在启动阶段或正常工作阶段也会引起一些电流的周期性畸变。此时，通过两周期幅值差进行特征提取势必会误检，需要对算法进行优化改进。三周期算法提取的特征值在原理上能够消除相邻3个周期内逐渐递增或递减的变化趋势，仅提取具有突变的电流变化，故选取电流幅值的三周期特征值来区分正常和发生电弧的情况。

TCA算法运用的计算公式为

TCA(Vn)=||Vn-Vn-1|+|Vn+1-Vn|-|Vn+1-Vn-1||

(11)

式中：Vn为一个运算周期内某个变量的值；Vn+1和Vn-1分别为该变量在前一周期和后一周期中对应位置的值。

4.1.2 基于FFT归一比值算法的频域特征提取

经过快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)后，电流信号从时域信号转换为频域信号，此时可以对电流信号进行频域分析。通过对电弧数据进行分析，发现经FFT后由于基波频率影响，高频部分的信号相对微弱难以检测,需要对结果进行取对处理，公式为

L(k)=20lg(X(k))

(12)

但是在经过取对处理后，故障电弧的电流频率与正常状况下的电流频率区别并不明显，因此需要将取对后的结果做进一步分析处理。经过多次尝试后，发现在对数据进行归一化处理后，故障电弧分析结果要明显小于正常结果，故可利用该特性来检测故障电弧。

(13)

式中:X0为初始正常电流数据傅里叶变换序列；Xi为第i个窗口的傅里叶变换序列；X0f为初始阶段正常电流傅里叶变换序列中频率未为f时的幅值；Xif为第i个窗口傅里叶变换序列中频率为f的幅值。

4.1.3 基于峰值平肩百分比的时域特征提取

基于航空交流线路中产生串联电弧时，电弧电流在过零点附近会出现电流峰值减小和零休区的现象，在电流峰值这一特征量的基础上提出了一种基于峰值的平肩百分比作为电弧时域特征量，具体的计算步骤如下。

① 设信号x(n)是一个周期的电流信号，对信号x(n)取绝对值，y(n)=|x(n)|；然后求取信号y(n)中的峰值，Z=max(y(n))。

② 取电流峰值Z的1/10作为阈值，TH1=0.1Z，TH2=TH1；统计一个周期的电流信号曲线x(n)中数值大小在两个阈值TH1、TH2之间的采样点数记为N0。

③ 计算出点数N0占电一个周期电流信号的总采样点数N的百分比，即L=(N0/N)×100%。所求得到的L即为基于峰值的平肩百分比。

选择基于峰值的平肩百分比作为电弧的时域特征不仅能同时反映电流峰值减小和在过零点出现零休这两个电弧时域现象，还能反映出电流变化率di/dt的大小。通过计算求得L的值越大说明平肩百分比越大，电流值从峰值的1/10处上升到峰值处所需时间也就越少，说明在零休过后的电流变化率也就越大。峰值的平肩百分比这一特征量与其他时域特征量相比，可同时反映出电弧电流的峰值、零休区和变化速率三类时域特性，并且不需要与上一周期的特征量进行对比，同时也能适用于不同电流值大小的纯阻性和阻感性负载下电弧特征量提取，所以选取峰值平肩百分比作为时域上的特征量对信号进行特征提取。

4.2 电弧模型评估结果分析

4.2.1 电弧仿真模型特征值评估

将多种电弧模型在交流串并联电路中仿真运行后的电气特性波形以一定周期截取，由于电弧电压与电流变化相对应，因此只对电流进行分析。按照上文的特征提取方法对电弧模型数据从时域、频域选取基于平肩百分比Z-L、三周期法的Vn值和FFT归一化的S(i)作为特征量进行特征提取。

交流串联电弧试验包含航空交流串联电极电弧试验、航空交流串联截断电弧试验和航空交流松动接线柱电弧试验。将这3种试验下电弧数据与3种电弧模型在交流串联电路中仿真数据的特征值进行提取。交流并联电弧试验为航空交流并联截断电弧试验。将此试验下电弧数据与3种电弧模型在交流并联电路中仿真数据的特征值进行提取。从而得到交流串并联工况下不同电弧模型特征评估结果，如表2所示。

表2 交流串并联工况下不同电弧模型特征值评估表

以Modified Cassie-Mayr仿真模型在并联电路中的仿真结果平肩百分比Z-L、特征值Vn和FFT归一化的S(i)为例，其特征提取图分别如图16所示。

图16 Modified Cassie-Mayr并联电弧特征示意图

由于电弧模型在仅改变电流值的条件下所提取的特征值并不会改变，所以仅通过改变负载参数得到纯阻性负载的电弧模型的仿真。从对应工况下的电弧模型数据特征提取结果来看，仿真与电弧试验所得的故障电弧数据的特征提取情况一致。

4.2.2 电弧仿真模型评估结果

将3种电弧模型在交流电路中仿真运行后所得数据和实际工况下电弧的电气特性数据进行特征量提取对比后，得到其模型匹配度结果，如表3所示。表3中，E为模型在与实际电弧发生电路中得到的仿真结果特征量范围与实际电弧特征量范围的契合程度。

表3 航空交流电弧评估特征值范围匹配度表

Modified Stokes电弧模型与航空交流串联电极试验电弧在时域特征值Vn和L上的范围匹配度最高，Modified Schavemaker电弧模型在频域特征值S(i)上的特征值范围匹配度最高，而串联工况下的Modified Cassie-Mayr电弧模型匹配度较低，综合三者来看，Modified Stokes模型特征值范围匹配度最高，上下限符合实际，有利于电弧检测时阈值调整，故串联工况下的Stokes电弧仿真模型最适合拟合航空交流串联点接触电极电弧。

表3中Modified Schavemaker电弧模型与航空交流串联截断试验电弧在时域特征值Vn和频域特征值S(i)上的特征值范围匹配度最高，Modified Stokes电弧模型的平肩百分比L特征值范围匹配度最高，其余特征值次于Modified Schavemaker电弧模型,而串联工况下的Modified Cassie-Mayr电弧模型匹配度较低。综合来看，Modified Schavemaker 电弧模型与交流串联截断电弧的特征值范围匹配度最高，最有利于电弧检测时阈值调整，故串联工况下的Modified Schavemaker 电弧仿真模型最适合拟合航空交流串联截断电弧的电气特性。

串联工况下的Modified Cassie-Mayr电弧模型与航空交流串联松动接线柱试验电弧在时域特征值Vn和L上的范围匹配度皆属最高，Modified Schavemaker电弧模型在频域特征值S(i)上的特征值范围匹配度最高，其余皆次于Modified Cassie-Mayr电弧模型，而Modified Stokes电弧模型匹配度较低。综合来看，Modified Cassie-Mayr电弧模型结果特征值上下限最接近航空交流串联松动接线柱电弧特征值的上下限。因此，串联工况下的Modified Cassie-Mayr电弧仿真模型最适合拟合航空交流串联松动接线柱电弧。

并联工况下的Modified Cassie-Mayr电弧模型与航空交流并联截断试验电弧在时域特征值Vn、L和频域特征值S(i)上的三者范围匹配度皆最高，且特征值范围上下限与交流并联截断电弧电气特性特征值的上下限十分接近，有助于实际电弧检测时的阈值调整，而其余2个电弧仿真模型在时域Vn和频域S(i)的特征值范围匹配度与Modified Cassie-Mayr电弧模型相去甚远。综合来看，并联工况下的Modified Cassie-Mayr电弧仿真模型最适合拟合航空交流并联截断电弧的电气特性。

5 结论

通过对航空交流4种工况下故障电弧电气特性建模仿真研究，得到如下结论。

① 根据电弧发生机理和航空交流故障电弧标准，考虑不同电流下电弧模型的适用方式，对现有电弧数学模型进行了优化，可有效拟合航空交流故障电弧电气特性。

② 基于通用仿真软件搭建了电弧仿真模型，进行大量的模型调参，给出了不同模型的仿真参数，并在此模型仿真过程中加入一些随机的元素，可有效拟合多种实际工况下航空交流故障电弧发生的随机性。

③ 基于电弧发生工况和模型构建机理，提出更准确的3种航空交流电弧模型的应用策略，其电气特性波形经定性分析进行匹配，而后采用特征值提取的模型评估方法进行多维度定量分析后，验证了模型应用策略的有效性。

航空交流故障电弧模型研究涉及的建模和分析方法具有一定通用性，给出的拟合模型和参数适用于航空交流故障电弧的电气特性拟合。上述研究结果与数据仅针对4种故障电弧电气特性，今后可以进一步对航空交流潮湿故障电弧电气特性和阻感性负载下的电弧波形进行分析。