断路器灭弧室几何轴线的检测方法与流程

[0001]
本发明涉及电力工程技术领域，具体涉及一种断路器灭弧室几何轴线的检测方法与计算方法。


背景技术：

[0002]
断路器是能够应对电力系统中最多种类任务和需求的开关装置，能在正常运行条件下关合、持续承载和开断额定电流的机械开关装置，也能关合、在规定时间内承载和开断不超过其指定的额定短路电流值的所有电流，当电流超过预先设定值时，并且与断路器组合的保护继电器或触发单元组合能够给断路器分闸指令，断路器就可以提供过电流保护功能，因此，断路器是电力系统最为常见的重要变电设备；目前高压户外断路器根据其结构设计可以分为落地罐式断路器和外壳带电的断路器，其中，sf6断路器随着其绝缘性能与结构设计，逐步在高压设备范围内占据统治地位，压气式断路器灭弧室结构有效增强断路器的可靠性和机械寿命，内部包括压气缸、导电杆、活塞及动静触头等，外部为接线端子和灭弧套管等，对其外形数据的分析、几何轴线的检测是目前亟待解决的技术问题，便于能够有效检验制造工艺与质量。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的是提供一种路器灭弧室几何轴线的检测方法，该方法能够准确检出断路器灭弧室的几何轴线，保证安装的平稳性、提高机械应力的强度及使用寿命。
[0004]
上述的目的通过以下的技术方案实现：一种路器灭弧室几何轴线的检测方法，该检测方法其组成包括：套管表面型面点的测量系统，断路器灭弧室安装在套管表面型面点的测量系统的转台1上，三坐标测量机的移动滑架与测量臂连接，所述的测量臂左端安装有测量头，所述的测量头与套管表面接触，在转台带动断路器灭弧室旋转的过程中，所述的测量头以扫描方式采点并提供在x轴方向上的移动增量，并依次遍及整个被测对象曲面；所述的断路器灭弧室几何轴线的检测方法，该检测方法包括如下步骤：（1）套管外形数据采集方法，利用套管表面型面点的测量系统以扫描采点的方式逐层记录坐标平面数据直至遍及整个被测对象曲面；（2）套管表面型面点数据处理方法，利用数学计算将套管外形数据采集方法测量结果拟合为被测对象加权补偿轴线，完成断路器灭弧室几何轴线的检测，对测量数据进行分析计算，通过柱坐标系与直角坐标系的转换，运用最小二乘原理拟合截面圆圆心坐标、轴线、加权轴线、加权补偿轴线；所述的套管表面型面点数据处理后的几何轴线方程为：其中直线方程系数a，b的表达式为：
x
i、
、y
i
分别为第个采样点，m为采样点的个数。
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有益效果：1.本发明提出一种路器灭弧室几何轴线的检测方法，该方法能够准确检出断路器灭弧室的几何轴线，对保证安装的平稳性、提高机械应力的强度及使用寿命具有重要意义。
[0006]
本发明的测量臂的前段的测量头为球测头，系统x向和y向测量采用金属光栅尺测量系统，测量分辨力可达到0.1um，角位移测量采用金属圆光栅测量系统，分辨力为3.6
″
，转台旋转及移动增量均采用了变频电机进行驱动，空行程时和测量过程中分别采用不同的转速，该设置能够缩短整个检测过程的时间，有效提供工作效率。
[0007]
附图说明：附图1是本发明的结构示意图。
[0008]
具体实施方式：实施例1：一种路器灭弧室几何轴线的检测方法，该检测方法其组成包括：套管表面型面点的测量系统，断路器灭弧室安装在套管表面型面点的测量系统的转台1上，三坐标测量机4的移动滑架5与测量臂6连接，所述的测量臂左端安装有测量头3，所述的测量头与套管表面接触，在转台带动断路器灭弧室旋转的过程中，所述的测量头以扫描方式采点并提供在x轴方向上的移动增量，并依次遍及整个被测对象曲面；所述的断路器灭弧室几何轴线的检测方法，该检测方法包括如下步骤：（1）套管外形数据采集方法，利用套管表面型面点的测量系统以扫描采点的方式逐层记录坐标平面数据直至遍及整个被测对象曲面；（2）套管表面型面点数据处理方法，利用数学计算将套管外形数据采集方法测量结果拟合为被测对象加权补偿轴线，完成断路器灭弧室几何轴线的检测，对测量数据进行分析计算，通过柱坐标系与直角坐标系的转换，运用最小二乘原理拟合截面圆圆心坐标、轴线、加权轴线、加权补偿轴线；所述的套管表面型面点数据处理后的几何轴线方程为：其中直线方程系数a，b的表达式为：
x
i、
、y
i
分别为第个采样点，m为采样点的个数。
[0009]
本发明为解决断路器灭弧室几何轴线难以测量的问题，提出一种断路器灭弧室几何轴线的检测方法，其内容主要包括断路器灭弧套管表面型面点的测量系统、套管外形数据采集方法、套管表面型面点数据处理方法共三个部分；1、套管表面型面点的测量系统由转台及三坐标测量机组成，转台用于放置被测对象，其中心为整个测量系统构成的圆柱坐标系的坐标原点，三坐标测量机用于测量被测对象表面型面点的x轴、y轴坐标，包括立柱、滑架、测量臂及操作控制台，其中，移动滑架安装在立柱上，可沿立柱的导轨作x向运动，测量臂安装在滑架上，可沿滑架的导轨作y向运动，测量臂的前段安装有球测头，系统x向和y向测量采用金属光栅尺测量系统，测量分辨力可达到0.1um，角位移测量采用金属圆光栅测量系统，分辨力为3.6
″
，转台旋转及移动增量均采用了变频电机进行驱动，空行程时和测量过程中分别采用不同的转速，可缩短整个检测过程的时间；2、套管外形数据采集方法利用套管表面型面点的测量系统以扫描采点的方式逐层记录坐标平面数据直至遍及整个被测对象曲面，将断路器灭弧室安装在套管表面型面点的测量系统的转台上，三坐标测量机的移动滑架和测量臂刚好接触套管表面，在转台带动断路器灭弧室旋转的过程中，测量头以扫描方式采点并提供在x轴方向上的移动增量，依次遍及整个被测对象曲面；3、套管表面型面点数据处理方法利用数学计算将套管外形数据采集方法测量结果拟合为被测对象加权补偿轴线，完成断路器灭弧室几何轴线的检测。
[0010]
本发明涉及的套管表面型面点数据处理方法具体包括以下计算步骤：步骤1：坐标系的变换；三坐标加转台测量系统所测得的数据为，属于柱坐标系，其与直角坐标系之间的转换公式见式（1）；
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（1）步骤2：运用最小二乘法拟合绝缘子截面圆心，运用最小二乘原理拟合截面圆圆心坐标算法如下：圆的标准方程形式见式（2）；
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（2）第个采样点到圆心的距离，该点与圆心所构成圆的面积为，若拟合出的圆的面积为s，则面积误差计算公式为式（3），
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（3）令面积误差平方和函数为式（4）
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（4）根据最小二乘原理，有：是关于a，b和r的函数，由函数求极值的方法可使取得极小值的参数a，b和r应满足式（5），
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（5）即式（6） （6）整理上式，并令式（7）（7）即可得圆心坐标，见式（8）（8）
步骤3：根据上述拟合出的绝缘子截面圆心，运用最小二乘法拟合绝缘子轴线；空间直线的标准方程见式（9），（9）整理得直线影射式方程见式（10），（10） 其中：这样，直线可以看作是用这两个方程表示的平面相交的直线，所以可以分别对这两个方程进行数据拟合。容易得到这两个方程的残差平方和方程，分别见式（11）、（12）（11）（12）依据最小二乘原理，当残差平方和取最小值时，a，b，c，d的值即为拟合方程的系数，即将式(10)，(11)分别对a，b和c，d求一阶导，并满足以下条件时，所得a，b，c，d的值即为所求方程系数，得到式（13）、（14）；（13）（14）令式（15）
（15）式（13）、（14）可写成式（16）、（17），
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（16）
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（17）其中其中其中；根据m组数据点解方程就可以求得a，b，c，d的值。
[0011]
步骤4：根据拟合出的绝缘子截面圆心坐标和轴线方程，运用最小二乘法拟合加权轴线，过原点的空间直线标准方程见式（18）；（18）类似，可得到直线影射式方程，见式（19）（19）残差平方和方程，见式（20）、（21）；（20）（21）依据最小二乘原理，残差平方和最小时，所得a，b即为方程系数，即满足以下条件根据m组数据点解方程可得加权形心轴线方程系数，见式（22），
（22）步骤5：运用最小二乘法拟合补偿轴线，直线方程一般式见式（23），
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（23）其残差平方和方程见式（24），
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（24）依据最小二乘原理，残差平方和最小时，所得，即为方程系数，满足条件
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时，q有最小值。得出式（25）；
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（25）由式（25）可进一步推导出补偿直线方程系数a，b的表达式，见式（26），（26）本发明的上述算例仅为详细地说明本发明的计算模型和计算流程，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出
其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。