一种低压开关电器操作性能试验系统及控制方法与流程

本发明涉及检测设备，具体涉及一种低压开关电器操作性能试验系统及控制方法。

背景技术：

1、在电力系统中，断路器的作用举足轻重，它是确保整个系统能够安全、稳定运行的关键组件之一。作为一种重要的开关电器，断路器的性能和安全性直接影响着电力系统的可靠性和稳定性。为了确保断路器在各种复杂环境下都能发挥出其应有的作用，国家标准gb 10963.1、gb 16916.1、gb 16917.1等文件对其进行了全面、详细且严格的规定。在这些规定中，“机械和电气寿命试验验证”被视为评估断路器性能的核心环节。这一试验的目的在于通过模拟数千上万次的循环通断操作，来检验断路器的可靠性和耐久性。在试验过程中，断路器需要经受住频繁的开合操作带来的机械应力和电气冲击，以确保其在实际使用中能够长时间稳定运行而不出现故障。在研发阶段，制造商会通过这一试验来验证断路器设计的合理性和可行性；在型式试验阶段，试验机构会对断路器样品进行抽样检测，以确保其满足标准要求；在交货验收时，购买方也会对断路器进行这一验证检测，以确保其性能符合合同约定。

2、对于不带过电流保护的断路器而言，其机械与电气寿命试验的要求尤为严格。在额定电流下，这类断路器需要完成足够多的操作循环次数，以证明其在实际使用中能够经受住长时间的考验。同时，每次操作循环中的断开时间也有明确的要求。例如，对于额定电流大于32a的断路器而言，其操作频率应达到每小时120次循环操作的高标准。这意味着在短短的一小时内，断路器需要完成上百次的开合动作。为了确保其在高频操作下仍能保持稳定的性能，每次操作循环中断开位置的保持时间也被规定为至少28秒。这样的设计要求有助于断路器在高频操作下更好地散热和恢复性能。

3、在人力操作方面，试验同样规定了具体的操作速度范围。以(0.1±0.025)m/s的速度进行操作既保证了操作的效率也避免了因操作过快而导致的误操作或设备损坏的风险。这一速度要求是根据人体工学和实际操作经验综合得出的结果，既符合人体操作的舒适性要求也保证了操作的准确性和安全性。

4、对于带过电流保护的剩余电流动作断路器（rcbo）而言，其机械与电气寿命试验同样严格而复杂。除了需要满足规定的操作循环次数外还需要根据不同的漏电流大小进行相应的手动或自动断开操作。这样的设计要求使得rcbo在面对不同的故障情况时都能迅速、准确地切断电流从而保护电路和用电设备的安全。同时，rcbo还需要在不接负载的情况下进行操作循环试验以验证其在空载状态下的性能表现。

5、现有的开关电器机械和电气寿命操作试验设备，一般基于气缸气压驱动的原理设计，其构造看似简单直接，但在长期的实际应用过程中，却逐渐暴露出一系列的问题和局限性。

6、首先，设备的运动行程往往固定，无法根据试验需求进行灵活调节。这种设计上的局限使得开关电器的手柄在高速、高频的试验过程中承受了不必要的机械冲击和应力，从而大大增加了手柄损坏的风险。

7、其次，试验设备在执行分合闸操作时，其运动轨迹往往是单一的直线上下运动。这种机械式的运动方式与人工操作断路器的实际工况相差甚远。在真实的使用环境中，操作人员会根据实际情况和需求，以更加灵活多变的方式操作开关电器。因此，现有的试验设备无法准确地模拟真实操作环境，也就无法得出更加贴近实际的试验结果。

8、除此之外，现有的试验设备在信息获取和反馈方面也存在明显的不足。在试验过程中，操作人员通常无法直接获取到开关电器分合闸的实时信息和状态反馈。这不仅影响了对试验过程的监控和管理，也降低了试验的效率和准确性。同时，在现场调试阶段，由于设备自动化程度不足，需要大量的人工参与和干预。这不仅增加了工作量和成本投入，还容易因为人为因素导致试验结果的误差和不确定性。

9、最后，现有试验设备的通用性和扩展性也较差。通常情况下，一台试验设备只能支持一种或几种特定类型的开关电器进行试验。当需要同时进行多种类型开关电器的试验时，就必须准备多台不同的试验设备。这不仅增加了试验的复杂性和不便性，也提高了试验的成本和门槛。

10、综上所述，现有的开关电器机械和电气寿命操作试验设备在驱动方式、操作路径、信息获取以及设备通用性等方面都存在诸多问题和局限性。这些问题不仅严重影响了试验结果的准确性和可靠性，也增加了试验的成本和复杂性。因此，为了更好地满足断路器试验的需求，提高试验的效率和准确性，有必要对现有试验设备进行全面的改进和优化。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种低压开关电器操作性能试验系统及控制方法，可以有效降低在测试过程中手柄损坏的风险，并且试验路径更加贴近真实操作环境，试验结果准确率高，可以实时监测待测样品的工作状态，提高了试验效率和准确性，并且提高了设备的通用性和扩展性，有效降低了试验成本和门槛。

2、本发明公开的一种低压开关电器操作性能试验系统，至少包括样品安装模块、合闸机构、驱动机构和上位机；

3、所述样品安装模块用于待测样品的固定和与外接电路的电连接，并将测试数据传输至所述上位机；

4、所述合闸机构用于对安装于所述样品安装模块的待测样品执行合闸操作，包括合闸件和压力传感器，所述合闸件的顶端并排设置有若干同轴的滚轮，所述压力传感器用于获取待测样品合闸过程中的合闸力数据并传输至所述上位机；

5、所述驱动机构用于驱动所述合闸机构抵达合闸的工作位置并执行合闸操作；

6、所述上位机配置有：

7、路径计算模块，用于根据所述合闸件和待测样品手柄的空间位置数据以及第一预设参数计算合闸操作路径；

8、合闸执行模块，用于基于所述合闸操作路径，控制所述合闸件对安装于所述样品安装模块的待测样品进行合闸操作；

9、状态判断模块，用于基于压力传感器采集的合闸力数据对合闸操作进行状态判断，并将符合预设条件的合闸操作路径记录为合闸试验路径；

10、所述合闸执行模块还用于基于所述合闸试验路径控制所述合闸件对安装于所述样品安装模块的待测样品进行合闸操作测试。

11、一种优选的实施例，还包括分闸机构，所述分闸机构用于对安装于所述样品安装模块的待测样品执行分闸操作，至少包括分闸件，所述分闸件的自由端端面设置为弧形，且可相对待测样品进行弹性位移；

12、所述驱动机构还用于驱动所述分闸机构抵达分闸的工作位置并执行分闸操作；

13、所述路径计算模块还用于根据所述分闸件和待测样品手柄的空间位置数据以及第二预设参数计算分闸试验路径；

14、所述上位机，还配置有分闸执行模块，用于基于所述分闸试验路径，控制分闸件对安装于所述样品安装模块的待测样品进行分闸操作测试。

15、一种优选的实施例，所述第一预设参数配置为执行合闸操作时所述合闸件的滚轮中心从手柄水平位置到合闸操作路径终点围绕待测样品的手柄旋转中心的旋转角度α；所述第二预设参数配置为执行合闸操作时所述分闸件运动方向与水平面的夹角γ。

16、一种优选的实施例，还包括测距传感装置和视觉组件，所述测距传感装置用于测量待测样品手柄的深度数据，并传输至所述上位机，所述视觉组件用于采集待测样品安装于所述样品安装模块后的图像数据，并传输至所述上位机；

17、所述驱动机构还用于驱动所述测距传感装置抵达测量位置；

18、所述上位机还配置有位置计算模块，用于根据所述测距传感装置采集的深度数据和所述视觉组件采集的图像数据计算待测样品手柄的空间位置数据。

19、一种优选的实施例，还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述上位机通信且同步数据，用于现场控制的人机交互。

20、本发明还提供一种低压开关电器操作性能试验系统的控制方法，包括如下步骤：

21、步骤s1，记录待测样品手柄的旋转中心与待测样品外壳表面的距离dh和手柄旋转中心o与待测样品手柄下边缘间的距离dv；

22、步骤s2，基于所述合闸件和待测样品手柄的空间位置数据，控制所述合闸件的顶端滚轮从下方同时紧靠待测样品的外壳表面和手柄，以待测样品手柄的旋转中心o为原点，以过原点o的水平线作为x轴建立直角坐标系，记滚轮半径为rg，相对应的滚轮中心g点坐标为，以g点作为合闸操作路径的起点；

23、步骤s3，控制所述合闸件（21）上行一段距离δh，以为合闸操作路径的半径；

24、步骤s4，设置第一预设参数α值，相对应的合闸操作路径终点g'点的坐标为，则合闸操作路径终点相对于起点的位移量为；

25、步骤s5，基于s4的合闸操作路径，控制所述合闸件对待测样品进行合闸操作；

26、步骤s6，基于合闸力数据对合闸操作进行状态判断，若满足试验要求，进行步骤s7，否则进行步骤s4；

27、步骤s7，记录满足试验要求的合闸操作路径作为合闸试验路径；

28、步骤s8，基于所述合闸试验路径控制所述合闸件对待测样品进行合闸操作试验。

29、一种优选的实施例，所述步骤s6包括：

30、步骤601，基于合闸力数据，通过预设的合闸力数据数值区间对合闸操作进行阈值判断，若满足试验要求，进行步骤602，否则进行步骤s4；

31、步骤602，基于合闸力数据，判别合闸操作状态，若满足试验要求，进行步骤s7，否则进行步骤s4。

32、一种优选的实施例，所述合闸力曲线特征类别包括准合闸状态、欠合闸状态和过合闸状态，其中所述准合闸状态为满足试验要求的状态。

33、一种优选的实施例，还包括：

34、步骤s9，待测样品处于合闸状态时，基于分闸件和待测样品手柄的空间位置数据，设置第二预设参数γ值，所述第二预设参数为分闸件运动方向与水平面的夹角；

35、步骤s10，控制所述分闸件基于第二预设参数斜向下运动，记录为分闸试验路径；

36、步骤s11，基于所述分闸试验路径控制所述分闸件对待测样品进行分闸操作测试。

37、一种优选的实施例，还包括：

38、步骤s0，获取待测样品的空间位置数据，具体包括：

39、步骤s01，控制视觉组件采集待测样品安装于所述样品安装模块后的图像数据，并将采集的所述图像数据传输至所述上位机；

40、步骤s02，控制测距传感装置测量待测样品手柄的深度数据，并将所述深度数据传输至所述上位机；

41、步骤s03，所述上位机计算待测样品的手柄的空间位置数据。

42、本发明公开的一种低压开关电器操作性能试验系统及控制方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：

43、（1）本发明呈现了一种创新的低压开关电器操作性能试验系统。该系统包括样品按照模块、合闸机构、驱动机构和上位机，上位机配置有路径计算模块，根据合闸件和待测样品手柄的空间位置数据以及第一预设参数计算合闸操作路径。根据合闸件与待测样品手柄的三维空间位置信息，结合预设的操作参数，智能规划出最优的合闸操作路径。这一功能确保了每次合闸操作都能沿着最符合实际使用场景的弧形轨迹进行，从而极大地减少了因操作不当或用力过度导致的手柄损坏风险。同时，这种更接近真实操作环境的试验路径提高了试验结果的准确性，为低压开关电器的研发和生产提供了更为坚实的技术支持。

44、（2）分闸机构包括压力传感器，上位机配置有状态判断模块，用于基于压力传感器采集的合闸力数据对合闸操作进行状态判断，并将符合预设条件的合闸操作路径记录为合闸试验路径。该系统具备实时监测手柄合闸时合闸力的功能。这不仅可以用于检测合闸操作过程中是否出现故障，还能确保合闸过程的顺利完成，同时防止因过度用力而对手柄造成损坏。

45、（3）本发明的低压开关电器操作性能试验系统还包括测距传感装置和视觉组件，此设计巧妙地融合了图像识别和物理测量技术，使得系统能够自动识别并精确定位待测样品的关键操作点，如手柄和按钮位置。这一创新简化了试验流程，为远程试验控制提供了可能，进而推动了试验过程的自动化和智能化发展。

46、（4）本发明的低压开关电器操作性能试验系统深入分析合闸力的数值及合闸力曲线的特性，能够检测出手柄合闸操作过程中可能出现的故障。