一种基于泛在电力物联网的高压断路器机械性能检测系统及方法与流程

本发明涉及高压断路器性能检测领域，特别涉及一种基于泛在电力物联网的高压断路器机械性能检测系统及方法。

背景技术：

断路器是高压电网中的重要设备，主要起控制和保护设备的作用。随着使用时间的增加，断路器某些部件会不断的老化或损坏，如机械机构的磨损、触头的磨损、分合闸二次机构的故障等。这些问题都可能会导致断路器的运行失常，甚至于影响到整个电网的安全运行。因此，对断路器性能进行定期检查，检测其运行状态至关重要。但是目前高压断路器检测方式存在较多问题。

如公开号cn203054193u的实用新型提供了一种真空断路器机械特性在线监测系统，包括微处理器、断路器分合闸位置检测单元以及断路器机械特性检测单元，所述断路器分合闸位置检测单元检测分合闸切换信号并传输至微处理器，所述断路器机械特性检测单元检测断路器动作信号并传输至微处理器。

现有技术检测方式繁琐，准确性较差。

技术实现要素：

针对现有技术检测方式繁琐，准确性较差的问题，本发明提供了一种基于泛在电力物联网的高压断路器机械性能检测系统及方法，通过简易的结构和方法，实现快速检测且准确性较高，便于机械性能的检测。

以下是本发明的技术方案。

一种基于泛在电力物联网的高压断路器机械性能检测系统，包括服务器及本地端，本地端包括：光路单元，发射相互干涉的出射光至目标位置；图像采集单元，拍摄目标位置的图像；控制单元，连接光路单元及图像采集单元，将本地数据上传至服务器；测量架，承载光路单元、图像采集单元及控制单元，并使光路单元与图像采集单元的出射或入射角成一定的角度；固定架，通过转轴连接测量架；其中所述服务器通过所得数据计算机械性能参数。光路单元将出射光发射至目标位置后，图像采集单元连续采集图像，在分合闸时会产生强烈振动，由于成像平面到出射点的距离会影响干涉条纹的宽度，因此振动会引起图像的变化，通过处理这些图像即可得到断路器的振动频率及幅度等机械参数，另外由于本系统不与断路器直接接触，测量过程简便，误差较小，且设备不易损坏。服务器与本地之间的通信，充分利用泛在电力物联网的建设成果，降低本地的计算处理难度。

作为优选，图像采集单元包括两个采集端，两个采集端位于光路单元的两侧。针对一个被测的平面，对于垂直于该平面的振动测量效果较明显，而平行于该平面的振动无法有效检测，因此需要光路单元与图像采集单元的出射或入射角成一定的角度，使用时需要让光路单元发出的光同时涉及至少两个平面，由对应角度的图像采集单元单独采集图像，从而得出多个方向的振动，以完善测量过程，提高准确性。

作为优选，所述光路单元包括：光源，产生初始光；透镜，增加初始光覆盖面积；双缝板，使初始光经过两个狭缝后成为两束相互干涉的出射光。光源一般选用激光器，利用干涉原理，在断路器表面的平面上成像，以作为图像处理的参考。

作为优选，所述测量架为l形，光路单元的出射角与采集端的入射角成45度。由于最常用的三维坐标是相互垂直的，因此该设计使得两个采集端成90度，每次能够测量两个垂直的平面的振动，则最少经过两次测量，即可覆盖三维坐标中每个方向的振动。

作为优选，所述采集端为高速相机。由于采集的速度和清晰度均有要求因此高速相机是理想选择。

作为优选，所述固定架为立式支架或桶型抱箍，桶型抱箍一侧通过转轴连接测量架，另一侧通过螺钉调整桶型抱箍的松紧。其中立式支架用于在地面操作时放置于地面，桶型抱箍用于在电线杆等位置附近测量时使用。

作为优选，所述桶型抱箍由若干活动关节组成，每个活动关节在竖直方向上相互连接。该设计能够增加结构强度。

一种基于泛在电力物联网的高压断路器机械性能检测方法，用于上述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器机械性能检测系统，包括以下步骤：

s01：寻找高压断路器上相互成一定角度的两个相邻平面，以两个平面的交点为目标位置。

s02：使用光路单元照射目标位置，进行分合闸操作，图像采集单元分别采集两个平面上的光斑图像。

s03：利用光路单元及图像采集单元的数据计算机械性能参数。

s04：根据检测要求重复上述步骤s01至s03若干次，以测量不同部位上符合条件的平面的振动情况。

一般选取相互垂直的两个平面来检测，通过多次检测可以提高准确性。

作为优选，所述步骤s03中，计算过程包括：断路器分合闸过程中振动时，平面与光路单元的距离变化，导致光斑图像变化，每正反两次变化后记为一次振动，以此拟合出振动频率曲线；根据分合闸指令下达及振动开始的时间点得出分合闸用时；根据光斑图像的变化幅度计算振动幅度。

其中振动幅度计算涉及到以下公式：

上式中δ是光程差，d是狭缝到成像面的距离，x是成像面上任一明纹中心到中央明纹中心的距离，d是两个狭缝的距离，λ是光源的波长，n代表级数，为一整数，其中这里所称的成像面平行于狭缝所在平面；以某一级明纹为准，当断路器发生振动时狭缝到成像面的距离d发生变化，而d、n及λ均没有改变，导致x发生改变。由于本技术方案中，狭缝所在的平面与实际成像面不平行，因此需要设定理想成像面，理想成像面穿过所选取的明纹中心且平行于狭缝所在平面，再根据两成像面实际角度并结合三角函数，在理想成像面与实际成像面之间进行换算，得出对应成像面的位移幅度，即振动幅度，这里不作赘述。

作为优选，所述步骤s03的另一种计算过程包括：将在同一时间采集到的两幅光斑图像进行拼接，当中央明纹的中心在目标位置两侧各偏移一次后记为一次振动，以此拟合出振动频率曲线；根据分合闸指令下达及振动开始的时间点得出分合闸用时；根据中央明纹的中心的移动幅度计算振动幅度。

当振动方向在平行于狭缝所在平面的方向存在分量时，中央明纹的中心相对于目标位置将存在位移，同理根据夹角及三角函数，容易得出此位移在上述分量方向上的振动幅度。

本发明的实质性效果包括：结构简单，检测方式便捷，结果准确，且不易损坏，使用寿命长，充分利用了泛在电力物联网的建设成果，降低本地信息的处理难度。

附图说明

图1为本发明实施例一的示意图；

图2为本发明实施例二的示意图；

图3为本发明实施例二的桶型抱箍示意图；

图4为本发明实施例的光路单元示意图；

图中包括：1-断路器、2-测量架、3-立式支架、4-光路单元、5-采集端、6-转轴、7-桶型抱箍、8-活动关节、41-光源、42-透镜、43-双缝板。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。另外，为了更好的说明本发明，在下文中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未做详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

实施例一：

如图1所示是一种基于泛在电力物联网的高压断路器1机械性能检测系统，包括服务器及本地端；本地端包括：光路单元4，发射相互干涉的出射光至目标位置；图像采集单元，拍摄目标位置的图像；控制单元，连接光路单元4及图像采集单元，将本地数据上传至服务器；测量架2，承载光路单元4、图像采集单元及控制单元，并使光路单元4与图像采集单元的出射或入射角成一定的角度；立式支架3，通过转轴6连接测量架2；其中服务器通过所得数据计算机械性能参数。

其中测量架2为l形，光路单元4设置在测量架2的直角内侧，且光路单元4的出射角与测量架2的两臂均成45度，图像采集单元包括两个采集端5，两个采集端5位于两壁，采集端5入射角与光路单元4出射角均成45度。采集端5为高速相机。由于采集的速度和清晰度均有要求因此高速相机是理想选择。

如图4所示，光路单元4包括：光源41，产生初始光；透镜42，增加初始光覆盖面积；双缝板43，使初始光经过两个狭缝后成为两束相互干涉的出射光。光源41选用激光器，利用干涉原理，在断路器1表面的平面上成像，以作为图像处理的参考信息。

光路单元4将出射光发射至目标位置后，图像采集单元连续采集图像，在分合闸时会产生强烈振动，由于成像平面到出射点的距离会影响干涉条纹的宽度，因此振动会引起图像的变化，通过处理这些图像即可得到断路器1的振动频率及幅度等机械参数，另外由于本系统不与断路器1直接接触，测量过程简便，误差较小，且设备不易损坏。服务器与本地之间的通信，充分利用泛在电力物联网的建设成果，降低本地的计算处理难度。

针对一个被测的平面，对于垂直于该平面的振动测量效果较明显，而平行于该平面的振动无法有效检测，因此需要光路单元4与图像采集单元的出射或入射角成一定的角度，使用时需要让光路单元4发出的光同时涉及至少两个平面，由对应角度的图像采集单元单独采集图像，从而得出多个方向的振动，以完善测量过程，提高准确性。

由于最常用的三维坐标是相互垂直的，因此该设计使得两个采集端5成90度，每次能够测量两个垂直的平面的振动，则最少经过两次测量，即可覆盖三维坐标中每个方向的振动。

本实施例还包括一种基于泛在电力物联网的高压断路器1机械性能检测方法，用于上述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器1机械性能检测系统，包括以下步骤：

s01：寻找高压断路器1上相互成90度的两个相邻平面，以两个平面的交点为目标位置。

s02：使用光路单元4照射目标位置，进行分合闸操作，图像采集单元分别采集两个平面上的光斑图像。

s03：利用光路单元4及图像采集单元的数据计算机械性能参数。

s04：根据检测要求重复上述步骤s01至s03若干次，以测量不同部位上符合条件的平面的振动情况。

步骤s03中，计算过程包括：断路器1分合闸过程中振动时，平面与光路单元4的距离变化，导致光斑图像变化，每正反两次变化后记为一次振动，以此拟合出振动频率曲线；根据分合闸指令下达及振动开始的时间点得出分合闸用时；根据光斑图像的变化幅度计算振动幅度。

其中振动幅度计算涉及到以下公式：

上式中δ是光程差，d是狭缝到成像面的距离，x是成像面上任一明纹中心到中央明纹中心的距离，d是两个狭缝的距离，λ是光源41的波长，n代表级数，为一整数，其中这里所称的成像面平行于狭缝所在平面；以某一级明纹为准，当断路器1发生振动时狭缝到成像面的距离d发生变化，而d、n及λ均没有改变，导致x发生改变。由于本技术方案中，狭缝所在的平面与实际成像面不平行，因此需要设定理想成像面，理想成像面穿过所选取的明纹中心且平行于狭缝所在平面，再根据两成像面实际角度并结合三角函数，在理想成像面与实际成像面之间进行换算，得出对应成像面的位移幅度，即振动幅度。

以图4为例，图中的d1+d2等同于公式中的d，x是理想成像面上任一明纹中心到中央明纹中心的距离，d是两个狭缝的距离。即此时实际成像面为断路器1上被照射的平面，理想成像面为穿过所选取的明纹中心并垂直于初始光出射方向的平面，而由于本实施例的测量架2为90度，选取的目标平面夹角也为90度，此时实际成像面与理想成像面之间呈45度，因此采集到的光斑图像中的明纹间隔为由此，在n选定，d及λ均没有改变的情况下，以替代x，根据光斑图像的变化中得知的变化以计算出d的变化，即该方向上的振幅，后续计算过程不再需要创造性劳动，不作详细展开。

步骤s03的另一种计算过程包括：将在同一时间采集到的两幅光斑图像进行拼接，当中央明纹的中心在目标位置两侧各偏移一次后记为一次振动，以此拟合出振动频率曲线；根据分合闸指令下达及振动开始的时间点得出分合闸用时；根据中央明纹的中心的移动幅度计算振动幅度。

当振动方向在平行于狭缝所在平面的方向存在分量时，中央明纹的中心相对于目标位置将存在位移，同理根据夹角及三角函数，容易得出此位移在上述分量方向上的振动幅度。计算过程不作赘述。

实施例二：

如图2所示，本实施例与实施例一大致相同，不同之处在于，固定架选用桶型抱箍7，桶型抱箍7一侧通过转轴6连接测量架2，另一侧通过螺钉调整桶型抱箍7的松紧。其中立式支架3用于在地面操作时放置于地面，桶型抱箍7用于在电线杆等位置附近测量时使用。

如图3所示，桶型抱箍由若干活动关节8组成，每个活动关节8在竖直方向上相互连接。该设计能够增加结构强度。

本实施例的有益效果不作赘述。

通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将具体装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的结构和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的关于结构的实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个结构，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，结构或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(readonlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。