[发明专利]一种基于机器视觉的高压断路器分合闸速度特性测量方法

说明书

本发明提出了一种基于机器视觉的高压断路器分合闸速度特性测量方法，在高压断路器动作的同时，采用高速相机对设置在其所观测的运动部件表面的颜色标记进行拍摄，通过机器视觉算法对所记录的视频图像进行处理、识别，确定视频每一帧图像所观测对象相对于参考点的位置坐标，获得所观测对象的运动轨迹，进而计算出高压断路器动触头的分、合闸速度。本发明不需要通过机械方式安装传感器，仅需在观测点设置颜色参考标记，对于不同测量对象无需更换传感器，仅改变参考标记的位置即可；此外，可测量直线运动或转动速度，便于现场应用，受设备所处环境条件影响较小，可满足高压断路器等电力开关设备带电运行时在线测量的需要。

【技术领域】

本发明属于电力设备状态监测领域，特别涉及一种基于机器视觉的高压断路器分合闸速度特性测量方法。

【背景技术】

在电力系统中，高压断路器是一种被广泛使用的电气设备，其分、合闸速度直接影响着断路器的开断、关合性能，只有保证适当的分、合闸速度，才能充分发挥其开断电流的能力：过高的分、合闸速度会使高压断路器的操动机构承受过大的机械应力和冲击，造成结构部件的机械损伤，减少其使用寿命，同时会延长触头的合闸弹跳时间；而过低的分、合闸速度则会影响高压断路器的拉弧效果，导致燃弧时间延长，加速触头的电磨损，从而也会减少高压断路器的使用寿命。因此，精确测量、计算并分析高压断路器的分、合闸速度具有重要的意义。

由于高压断路器的动触头和静触头都封装于灭弧室中，无法直接测量，因此，断路器分、合闸速度的测量采用间接式测量方法，即通过测量与动触头相连接的运动机构的速度，来间接获得动触头的运动速度。通常采用两种方式测量动触头的运动轨迹：一种是利用直线位移传感器测量动触头拉杆的运动轨迹(等效于动触头的运动轨迹)，获得动触头在分、合闸过程中的位移曲线；一种是利用角度传感器测量传动机构中拐臂的转动过程的角位移，利用拐臂转角与动触头位置的对应关系，计算出动触头在分、合闸过程中的位移曲线。利用上述方法获得动触头的运动轨迹，从而进一步计算动触头的分、合闸速度曲线以及平均速度、刚分速度、刚合速度等表征其速度特性的各项具体性能指标。

目前，用于检测高压断路器分合闸速度的传感器主要为光栅传感器、旋转编码器和电阻式位移传感器。传统的光栅采样尺因受国内制造工艺水平以及成本的限制，光栅间距一般在0.5mm左右，精度较低，因此很少使用。旋转编码器的测量原理与光栅传感器基本相同，只是其制造标准比较高，因此测量精度也就更高。而电阻式位移传感器能通过测量电阻的电流或电阻两端电压的变化来判断断路器动触头的运动过程，具有响应速度快、采样电路简单、测量精度较高等优点。但使用以上三种传感器测量高压断路器的分合闸速度都具有以下几个缺点及不足：

(1)要求传感器与高压断路器运动部件连接并固定，需要安装额外的固定部件，固定部件本身对高压断路器的结构产生了一定影响，从而导致高压断路器的分、合闸速度发生了一定改变；

(2)传感器固定之后，其固定部分和活动端可能造成断路器运动卡涩，从而使测量所得的速度不够精确；

(3)使用位移传感器时，由于采用高压断路器连杆带动传感器动作的方式进行测量，要求直线位移传感器导引头与高压断路器触头连杆刚性连接，且两者的运动轨迹必须完全平行，因此实际安装时稍有倾斜即产生测量误差；

(4)若位移传感器固定点不牢固，在高压断路器动作之时，本应固定不动的传感器本体发生少量位移，从而产生测量误差；

(5)不管是使用光栅传感器、旋转编码器还是位移传感器，测量过程中的传感器安装、数据记录、数据处理过程都由实验人员完成，由于各种因素的影响，其中存在一定的人为误差，并且在进行大量测量时尤其消耗时间；

(6)由于需要安装外部结构，因此以上几种方法都不能用于在线测量，以免影响高压断路器的正常工作。

【发明内容】