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摘 要

高压断路器是保障电力网络安全稳定的重要部件，广泛应用于电力系统的各个部分且数量庞大。高压断路器的故障将给电力系统的稳定性带来严重的威胁并造成重大经济损失，因此高压断路器故障预测的重要性得到凸显。根据国内外的数据统计结果，高压断路器的大部分故障是机械故障，因此本文通过研究SF₆弹簧式高压断路器学习高压断路器的基本工作原理。还讨论了采用基于Adam优化的LSTM循环神经网络算法，通过对分合闸线圈电流曲线的预测实现对断路器的故障预测的可能性。首先分析高压断路器的主要部件的工作原理，了解其主要故障及故障产生原因。随后确定能够较好反应断路器主要故障的各项特征参数值，并选择分合闸线圈电流曲线进行着重研究。接着研究常见的故障预测算法及其应用范围，最后选择采用基于Adam优化的LSTM循环神经网络算法，通过预测得出的分合闸线圈电流曲线与正常工作状态下电流曲线进行比对实现对断路器的故障预测。

关键词：高压断路器；故障预测；LSTM；Adam

Research on Fault Prediction System for High Voltage Circuit Breaker

Abstract

High voltage circuit breaker is an important part to ensure the security and stability of power network, which is widely used in various parts of the power system and has a huge number.Faults of high voltage circuit breakers will seriously threaten the stability of power system and cause significant economic losses, so the importance of fault prediction of high voltage circuit breakers is highlighted.According to the statistical results at home and abroad, most of the faults of high voltage circuit breaker are mechanical faults, so this paper studies the basic working principle of high voltage circuit breaker by SF6 spring high voltage circuit breaker.The LSTM loop neural network algorithm based on Adam optimization is also discussed, and the possibility of breaker fault prediction is achieved by predicting the current curve of the switch-off coil.Firstly, the working principle of the main components of the high voltage circuit breaker is analyzed to understand the main faults and their causes.Then, the characteristic parameter values that can better reflect the main faults of the circuit breaker are determined, and the current curve of the opening and closing coil is selected for the study.Then the common fault prediction algorithms and their applications are studied. Finally, the LSTM loop neural network algorithm based on Adam optimization is selected, and the breaker fault prediction is achieved by comparing the predicted current curve of the closing coil with the current curve under normal working conditions.

Keywords: High Voltage Circuit Breaker,Fault Prediction,LSTM,Adam

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 研究背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 主要研究内容 2

第二章 高压断路器故障分析 3

2.1 高压断路器工作原理 3

2.1.1 高压断路器的功能 3

2.1.2 高压断路器的分类 3

2.1.3 高压断路器的基本结构 3

2.1.4 高压断路器的技术参数 4

2.2 高压断路器主要部件工作特性 4

2.2.1 操动机构工作特性 4

2.2.2 分合闸线圈的工作过程 7

2.2.3 储能机构工作特性分析 8

2.3 断路器主要故障 8

2.3.1 断路器常见故障 9

2.3.2 分合闸线圈电流信号分析 10

第三章 高压断路器故障预测理论研究 12

3.1 常见的故障预测方法 12

3.1.1 基于模型的故障预测方法 12

3.1.2 基于数据驱动的故障预测方法 12

3.1.3 基于概率统计的故障预测方法 13

3.2 LSTM循环神经网络理论 13

3.2.1 LSTM细胞 13

3.2.2 LSTM单元内部结构 14

第四章 基于LSTM神经循环网络的高压断路器故障预测 17

4.1 网络训练Adam优化算法 17

4.1.1 Adam算法介绍 17

4.1.2 采用Adam优化算法的网络训练 17

4.2 采用迭代方法的网络预测 18

4.3 对分合闸电流曲线的预测流程 18

4.4LSTM算法精准度比较 19

第五章 结束语 21

致谢 22

参考文献 23

第一章 引言

1.1 研究背景和意义

随着现如今电力需求的日益增加，对输电数量和质量的要求也不断提高，电力系统的平稳运行显得愈发重要。断路器是保障电力生产和使用各个环节安全稳定运行的重要电气设备，广泛应用于电力系统的各个部分且种类繁多数量巨大。电力系统的可靠性，安全性和稳定性完全依赖于断路器的有效运行。高压设备对稳定性的要求较高，断路器的故障将给电力系统的稳定性带来严重的威胁，影响供电质量，造成重大经济损失。为避免断路器故障以及延长一些关键部件的使用寿命，断路器需要更加科学的、有目标性的检修及维护。

智能电网的概念在传感器、自动控制和计算机技术突飞猛进的背景下被提出，也是电网发展的必由之路。现如今，物联网、高性能计算机和智能传感器技术推动着智能电网的不断发展，高压断路器的监测和预测设备具有了宽广的发展空间。

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