基于高速成像的高压断路器动作特性测量装置及应用方法与流程

本发明涉及高压断路器状态检测领域，具体涉及一种基于高速成像的高压断路器动作特性测量装置及应用方法，用于对断路器分合闸期间的分合闸时间、分合闸速度等进行测量，以诊断高压断路器的机械性能。

背景技术：

高压断路器是电力系统中最重要的保护和控制设备，其性能的可靠性直接关系到电力系统的安全性，断路器性能的可靠性与其机械传动系统的特性及可靠性密切相关。断路器动作特性与断路器操作机构的健康状况密切相关，例如通过触头行程随时间的变化关系可以发现断路器操动部件磨损疲劳老化、变形、卡涩等故障隐患，故研究高压断路器动作特性测量方法，对推进断路器状态检修、减少停电时间和提高供电可靠性都有着重要意义。随着高速成像技术和数据传输技术的发展，拍摄性能越来越好，图像越来越清晰，同时成像仪的成本逐步下降。基于高速成像技术的非接触式测量方法适合对高速移动物体进行速度测量。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：针对高压断路器分合闸期间动作特性的测量需求以及现有技术的上述问题，提供一种基于高速成像的高压断路器动作特性测量装置及应用方法，本发明的高压断路器动作特性测量装置能够实现对高压断路器动作特性的非接触式准确测量，为断路器机械性能状态评价和制定断路器机构检修决策提供依据；本发明的高压断路器动作特性测量装置的应用方法能够实现基于获取的动作特性及其标定值进行比较对被测量高压断路器的状态进行评估，具有实施简单快捷、检测精确度高的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种基于高速成像的高压断路器动作特性测量装置，包括可调支撑杆、高速成像仪和测量辅助标尺，所述高速成像仪安装固定在可调支撑杆上，所述测量辅助标尺设于被测量高压断路器的机械运动部件上，所述高速成像仪布置于被测量高压断路器的外侧且镜头对准测量辅助标尺。

优选地，所述测量辅助标尺由多条黑白相间的条纹组成。

优选地，所述条纹的宽度为5mm。

优选地，所述测量辅助标尺的前侧还设有用于补光的辅助照明装置。

优选地，所述高速成像仪的采样帧率不小于10000fps。

优选地，所述测量辅助标尺安装固定于被测量高压断路器的机械运动部件上。或者，所述测量辅助标尺为利用激光技术在被测量高压断路器的机械运动部件上刻蚀形成。

本发明还提供一种前述基于高速成像的高压断路器动作特性测量装置的应用方法，实施步骤包括：

1）预先在被测量高压断路器的机械运动部件上安装固定或加工形成测量辅助标尺；当需要进行高压断路器动作特性测量时，通过可调支撑杆固定高速成像仪并使得高速成像仪的镜头面对测量辅助标尺并完成对焦操作，使得测量辅助标尺上的参考点在高速成像仪上清晰成像，并记录参考点在图像中的初始位置x0；

2）操作被测量高压断路器进行分合闸，在被测量高压断路器进行分合闸的过程中，通过高速成像仪获取测量辅助标尺上的参考点的图像帧；

3）选定被测量高压断路器进行分合闸的过程中的多个采样时刻ti，获取每一个采样时刻ti参考点在图像帧中的位置相对初始位置x0之间的参考点运动距离xi，根据每一个采样时刻ti的参考点运动距离xi绘制得到被测量高压断路器的分合闸速度曲线；

4）根据被测量高压断路器的分合闸速度曲线获取被测量高压断路器的动作特性，所述动作特性包括分合闸时间、分合闸速度、分合闸行程、分合闸是否到位中的至少一种特征值；并根据获取的动作特性及其标定值进行比较对被测量高压断路器的状态进行评估。

优选地，步骤3）中根据每一个采样时刻ti的参考点运动距离xi绘制得到被测量高压断路器的分合闸速度曲线的详细步骤包括：针对每一组相邻的采样时刻ti和采样时刻ti+1，将采样时刻ti的参考点运动距离xi、采样时刻ti+1的参考点运动距离xi+1求差值得到采样时刻ti和采样时刻ti+1之间的相对移动距离△x，将采样时刻ti和采样时刻ti+1之间的相对移动距离△x除以采样时刻ti和采样时刻ti+1之间的采样时间间隔△t，得到采样时刻ti和采样时刻ti+1之间的分合闸速度vi；最终将所有组相邻的采样时刻的分合闸速度vi进行组合，得到被测量高压断路器的分合闸速度曲线。

本发明基于高速成像的高压断路器动作特性测量装置具有下述优点：

1、本发明环境适应性强，可根据不同结构的高压断路器开展测量。

2、本发明可实现断路器分合闸动作特性的准确测量，为断路器机械性能状态评价和制定断路器机构检修决策提供依据，有效提高供电可靠性。

3、本发明不需现场安装传感器，实用性强，使用操作方便。

4、本发明为基于高速成像的非接触式测量方法，不会对高压断路器内部结构造成损伤。

5、本发明具有测量准确度高，精确度高的优点。

本发明基于高速成像的高压断路器动作特性测量装置的应用方法具有下述优点：本发明基于高速成像的高压断路器动作特性测量装置的应用方法为本发明基于高速成像的高压断路器动作特性测量装置的应用，同样也具有本发明基于高速成像的高压断路器动作特性测量装置的前述优点，同时根据每一个采样时刻ti的参考点运动距离xi绘制得到被测量高压断路器的分合闸速度曲线，测量结果信息完整性强，根据被测量高压断路器的分合闸速度曲线获取被测量高压断路器的动作特性，并根据获取的动作特性及其标定值进行比较对被测量高压断路器的状态进行评估，能够实现基于获取的动作特性及其标定值进行比较对被测量高压断路器的状态进行评估，具有实施简单快捷、检测精确度高的优点。

附图说明

图1为本发明实施例一的测量辅助标尺示意图。

图2为本发明实施例一的装置结构示意图。

图例说明：1、可调支撑杆；2、高速成像仪；3、测量辅助标尺；4、辅助照明装置；5、被测试高压断路器；51、断路器机械运动部件；52、灭弧室；53、断口。

具体实施方式

实施例一：

如图1所示，本实施例基于高速成像的高压断路器动作特性测量装置包括可调支撑杆1、高速成像仪2和测量辅助标尺3，高速成像仪2安装固定在可调支撑杆1上，基于可调支撑杆1可根据被测试高压断路器（参见图1中的标号5）的结构、尺寸可将高速成像仪2调整放置于不同位置、确保对焦准确可靠，测量辅助标尺3设于被测量高压断路器的机械运动部件上，高速成像仪2布置于被测量高压断路器的外侧且镜头对准测量辅助标尺3。参见图1，被测试高压断路器（参见图1中的标号5）的断路器机械运动部件（参见图1中的标号51）上连接有灭弧室（参见图1中的标号52）以及布置于灭弧室（参见图1中的标号52）内的断口（参见图1中的标号53），通过高速成像仪2对断路器机械运动部件（参见图1中的标号51）进行快速连续拍摄，根据分合闸过程每一帧图像的位置信息通过建立图像坐标映射出断路器触头实际移动过程中的位移，能够实现断路器动作特性的非接触式准确测量，为断路器机械性能状态评价和制定断路器机构检修决策提供依据，具有实施简单快捷、检测精确度高的优点。

可调支撑杆1用于固定高速成像仪并调整其位置。如图1所示，本实施例中可调支撑杆1包括多节连接臂和一个安装台，相邻的连接臂之间以及连接臂和安装台之间均设有角度可调的万向连接关节，高速成像仪2安装在可调支撑杆1的安装台上，从而可以实现对高速成像仪2的镜头方位的灵活伸缩、变向调节以适应高压断路器的结构和尺寸。

本实施例中，高速成像仪2的采样帧率为10000fps。

如图2所示，测量辅助标尺3由多条黑白相间的条纹组成，一方面能够确保高速成像仪2准确、快速地对焦，同时在后期图像处理能够更加方便地确定参考点位置。本实施例中，条纹的宽度为5mm。

如图1所示，测量辅助标尺3的前侧还设有用于补光的辅助照明装置4，通过辅助照明装置4能够对测量辅助标尺3提供光源，确保对焦效果以及成像质量，能够有效提高后期图像处理的准确度。

本实施例中，测量辅助标尺3安装固定于被测量高压断路器的机械运动部件上。

参见图1，本实施例中高速成像仪2连接至上位机，通过上位机中的数据处理分析系统对高速成像仪所拍摄信号的识别和处理，最终将其转化为断路器动作特性结果。

本实施例基于高速成像的高压断路器动作特性测量装置的应用方法的实施步骤包括：

1）预先在被测量高压断路器的机械运动部件上安装固定或加工形成测量辅助标尺3；当需要进行高压断路器动作特性测量时，通过可调支撑杆1固定高速成像仪2并使得高速成像仪2的镜头面对测量辅助标尺3并完成对焦操作，使得测量辅助标尺3上的参考点在高速成像仪2上清晰成像，并记录参考点在图像中的初始位置x0；

2）操作被测量高压断路器进行分合闸，在被测量高压断路器进行分合闸的过程中，通过高速成像仪2获取测量辅助标尺3上的参考点的图像帧；

3）选定被测量高压断路器进行分合闸的过程中的多个采样时刻ti，获取每一个采样时刻ti参考点在图像帧中的位置相对初始位置x0之间的参考点运动距离xi，根据每一个采样时刻ti的参考点运动距离xi绘制得到被测量高压断路器的分合闸速度曲线；

4）根据被测量高压断路器的分合闸速度曲线获取被测量高压断路器的动作特性，所述动作特性包括分合闸时间、分合闸速度、分合闸行程、分合闸是否到位中的至少一种特征值；并根据获取的动作特性及其标定值进行比较对被测量高压断路器的状态进行评估。

本实施例中，步骤1）中通过可调支撑杆1固定高速成像仪2并使得高速成像仪2的镜头面对测量辅助标尺3并完成对焦操作时，需要使用到可调支撑杆1进行伸缩、变向调节，使断路器触头测量参考点在高速成像仪2上清晰成像。根据被测试高压断路器的结构、尺寸和空间设置，可合理选择可调支撑杆1中的连接臂，需要通过可调支撑杆1调整将对焦系统y轴调整至与被测量高压断路器的机械运动部件轴向平行，如图2所示。参见图2，本实施例中，将高速成像仪22的焦点o设置在测量辅助标尺3某一黑色条纹上边沿，其中x为对焦平面的x轴，y表示对焦平面的y轴，焦点o位于x轴和y轴的交点。

本实施例中，步骤3）中根据每一个采样时刻ti的参考点运动距离xi绘制得到被测量高压断路器的分合闸速度曲线的详细步骤包括：针对每一组相邻的采样时刻ti和采样时刻ti+1，将采样时刻ti的参考点运动距离xi、采样时刻ti+1的参考点运动距离xi+1求差值得到采样时刻ti和采样时刻ti+1之间的相对移动距离△x，将采样时刻ti和采样时刻ti+1之间的相对移动距离△x除以采样时刻ti和采样时刻ti+1之间的采样时间间隔△t，得到采样时刻ti和采样时刻ti+1之间的分合闸速度vi；最终将所有组相邻的采样时刻的分合闸速度vi进行组合，得到被测量高压断路器的分合闸速度曲线。例如，分合闸过程中，高速成像仪在t1、t2、t3……tn时刻时，辅助对焦点距离初始位置为别为x1、x2、x3……xn，则不同时刻分合闸的速度为(x2-x1)/(t2-t1)、(x3-x2)/(t3-t2)……(xn-x(n-1))/(tn-t(n-1))，结合不同时刻的速度可以绘制分合闸速度曲线。

通过实验进行验证，本实施例基于高速成像的高压断路器动作特性测量装置及其应用方法被证明效果良好、使用方便，完全达到设计要求。

实施例二：

本实施例基于高速成像的高压断路器动作特性测量装置与实施例一基本相同，其主要不同点为测量辅助标尺3的实现方式不同。本实施例中，测量辅助标尺3为利用激光技术在被测量高压断路器的机械运动部件上刻蚀形成。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。