基于BP神经网络的SF6断路器触头烧蚀状态评估研究

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断路器作为电力系统中最重要的控制和保护设备,其运行状态良好对保证电力系统安全起到至关重要的作用。反复开断电流导致触头烧蚀程度加重,状态逐渐恶化,引起断路器开断能力下降,给电网安全稳定运行造成威胁。由于断路器的灭弧室结构密封,难以通过常规检测手段获取并判别触头状态,因此有必要开展断路器触头烧蚀状态评估,以期寻找能够指示触头状态的相关参数,为断路器运维检修提供指导。本文开展的主要工作如下:
  (1)基于断路器开断电流时电压和电流的变化特点,开展35kVSF6断路器模拟烧蚀试验平台设计。采用LC谐振回路产生工频电流模拟实际短路电流对触头的烧蚀效果,设计了模拟烧蚀试验回路及断路器动作时序控制系统,以便调整燃弧时间;根据试品断路器额定开断短路电流参数确定试验电流为20kA和30kA。为提高测量精度,基于四线法原理利用动态电阻测试仪开展动态电阻测量。制定了针对2台35kV断路器共计6相触头的模拟烧蚀和动态电阻测量试验流程。
  (2)采用分闸阶段的动态电阻—行程曲线开展35kV断路器触头烧蚀状态评估,分析触头状态参数在烧蚀过程中变化规律,并比较电流大小对测试结果的影响。根据动态电阻—行程曲线变化特点将其分为主触头阶段和弧触头阶段,结果表明在1.5kA测量电流下,总接触行程、主触头接触行程和弧触头接触行程随烧蚀程度加深而减小,主触头电阻、弧触头电阻随烧蚀程度加深而增大,弧触头阶段电阻—行程曲线包围面积无明显变化规律,补偿后面积逐渐增大;增大测试电流可减小动态电阻曲线抖动,有助于获得更接近真实值的动态电阻和接触行程值。
  (3)由动态电阻曲线提取触头状态参数,利用Matlab平台建立基于BP神经网络的评估模型,开展35kVSF6断路器触头烧蚀状态评估。基于动态电阻—行程曲线在弧触头阶段斜率的变化特点,构建包含7维输入参数和3维输出参数的BP神经网络模型,提出相关参数归一化方法。基于训练数据集完成模型训练后利用平均影响值开展算法优化,验证数据集的输出误差说明该方法可以提高模型准确性,并提出了基于三维指示参数的触头烧蚀状态评价分级方法。
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