專利名稱：基于攝影數(shù)字化的斷路器動作特性在線檢測裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓斷路器機械特性檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于攝影數(shù)字化的 非接觸式斷路器動作特性在線檢測裝置和方法。
背景技術(shù)：
目前，斷路器是電網(wǎng)中數(shù)量最為龐大的主設(shè)備，起著兩方面的作用一是控制作 用，即根據(jù)電網(wǎng)運行要求，將一部分電氣設(shè)備或線路投入或退出運行狀態(tài)，轉(zhuǎn)為備用或檢修 狀態(tài)；二是保護作用，即當電氣設(shè)備或線路發(fā)生故障時，通過繼電保護及自動裝置動作斷路 器，將故障部分從電網(wǎng)中迅速切除，保護電網(wǎng)的無故障部分得以正常運行。斷路器發(fā)生故障 時會直接引起電網(wǎng)事故或?qū)е卢F(xiàn)有事故的進一步擴大，造成相當大的經(jīng)濟及社會損失。據(jù) 可靠統(tǒng)計，斷路器的大多數(shù)故障(主要故障的70%和次要故障的86%)屬于機械性質(zhì)，主 要涉及操作機構(gòu)、監(jiān)視裝置和輔助裝置。例如原電力部電力科學研究院統(tǒng)計的1990年全國 6kV以上斷路器的故障中，拒分、拒合和誤動作三類機械故障共占46%，而衡量斷路器機械 性能的唯一手段就是對斷路器進行機械特性檢測。目前，現(xiàn)場主要采用傳統(tǒng)的斷路器機械 特性測試儀對斷路器的機械特性進行檢測，該方法采用斷路器機械特性測試儀對斷路器進 行時間特性(分合閘時間、分合閘同期)及速度特性(剛分、剛合速度)進行檢測，其特點 是需要被試斷路器停電，需要在斷路器斷口兩端及二次端子箱內(nèi)引接斷口測試線；進行速 度特性測試時，還需要在被試斷路器傳動機構(gòu)上安裝速度傳感器。但是隨著對供電可靠性 要求的日益提高，電氣設(shè)備停電檢修的機會越來越少，即使申請停電，停電時間一般也較為 緊張，采用機械特性測試儀對斷路器進行機械特測試需要登高引接斷路器斷口測試線，且 需要安裝速度傳感器，不同型號的斷路器需要不同結(jié)構(gòu)的傳感器，安裝難度較大；并且由于 機械特性測試儀功能不全，缺乏足夠的數(shù)據(jù)積累，即使有了大量數(shù)據(jù)，故障診斷的分析能力 也不足。因此，需要一種能夠在線對運行中斷路器進行非接觸式機械特性檢測的新方法和 技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于攝影數(shù)字化的非接觸式斷路器動作特性在線檢測 裝置和方法，能夠在線并且非接觸式地檢測斷路器的動作特性。本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種基于攝影數(shù)字化的斷路器動作特性在線檢測裝 置，其特征在于它包括標點，用來標記傳動機構(gòu)的運動過程，標點設(shè)置在斷路器傳動機構(gòu) 上；影像獲取裝置，用來拍攝斷路器上標點的運動過程，其設(shè)置在與斷路器傳動機構(gòu) 上的標點相適應的位置；計算機，用來對圖像進行處理及分析，計算機的信號輸入端與影像獲取裝置的影 相輸出端連接。還包括有補光燈，用來給影響獲取裝置對所拍攝的標點進行補光，補光燈設(shè)置在
3能夠?qū)τ跋瘾@取裝置進行補光的相對應的位置。所述影像獲取裝置為一個高速攝像機，所述標點為一個標點，標點用來設(shè)置在三 相操動機構(gòu)的主軸上。所述影像獲取裝置還可以為三個高速攝像機，三個高速攝像機之間通過同步線連 接；此時所述標點為三個標點，三個標點用來設(shè)置在單相操動機構(gòu)的三個動觸頭拉桿上。一種基于攝影數(shù)字化的斷路器動作特性在線檢測方法，包括以下步驟(1)、在被 測斷路器傳動機構(gòu)上選擇合適的位置作為拍攝對象；(2)、用標點對拍攝位置進行標記； (3)安裝高速攝像機和補光燈，如果被測斷路器為單相操動機構(gòu)，則需要將三個高速攝像機 用同步線進行同步連接；(4)用高速攝像機對被測斷路器傳動機構(gòu)的運動過程進行拍攝得 到運動影像；(5)將運動影像輸入到計算機內(nèi)，由計算機對影像進行分析處理，得到標點的 運動曲線，根據(jù)得到的運動曲線分析出被試斷路器的動作特性參數(shù)。所述的步驟(5)中計算機對影像進行分析處理具體包括(1)、初始化獲得第一幀 的目標圖像；(2)、對追蹤目標進行特征模板的建立，包括對追蹤目標進行差分高斯濾波， 濾除圖像中的低頻干擾成分，弱化圖像內(nèi)部數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，保留下可匹配的特征；對 濾波算子進行補零運算；為了減少運算量進行頻域變換，使濾波時的卷積運算變?yōu)轭l域中 的乘積運算；(3)、獲取其他幀的圖像；(4)、頻域變換，在頻域中采用差分高斯濾波濾除圖 像的低頻干擾成分，與特征模板共軛相乘，實現(xiàn)追蹤目標與背景的互相關(guān)運算，進行FFT反 變換，直接搜索運算結(jié)果中實部的峰值位置就是所追蹤目標的位置；(5)、輸出目標位置； (6)、對定位目標進行雙重相似度檢測，通過當前模板和歷史模板與背景區(qū)域相似度來判斷 是否需要更新模板如需要更新則進行形心修正等操作，繼續(xù)下一幀圖像的跟蹤，重新確立 圖像的特征模板；否則繼續(xù)獲取其它幀的圖像。本發(fā)明基于攝影數(shù)字化的非接觸式斷路器動作特性在線檢測裝置通過攝像機拍 攝斷路器傳動機構(gòu)的運動過程，由計算機對所拍攝的影像進行處理分析，提取其行程、速度 等特征從而得到斷路器機械特性的動作特性數(shù)據(jù)。本發(fā)明開創(chuàng)了將高速攝影技術(shù)及影像數(shù) 字化信息提取技術(shù)應用于高壓斷路器機械特性檢測的先河，不僅能夠?qū)\行中斷路器的機 械特性進行在線檢測，而且真正實現(xiàn)了非接觸式檢測，分析能力強，可靠性高；同時還建立 了斷路器常見早期機械故障模式識別系統(tǒng)，有效彌補了傳統(tǒng)斷路器機械特性測試手段的不 足，更為掌握斷路器運行狀況、了解其運行特性奠定了基礎(chǔ)，提高其運行可靠性起到重要作 用，并且還為保障電力系統(tǒng)的可靠運行提供了支持?？傊景l(fā)明具有重要的學術(shù)意義和實 用價值，有廣闊的前景。


圖1為本發(fā)明中檢測裝置的實施例一的框圖；圖2為本發(fā)明中檢測裝置的實施例二的框圖；圖3是本發(fā)明中計算機分析處理的流程圖；圖4是本發(fā)明中檢測量定義的分閘示意圖；圖5是本發(fā)明中檢測量定義的合閘示意圖；圖6是本發(fā)明中模式識別系統(tǒng)的儲能彈簧卡滯的行程_時間(X方向)曲線圖；圖7是本發(fā)明中模式識別系統(tǒng)的儲能彈簧卡滯的速度_時間(X方向)曲線4
圖8是本發(fā)明中模式識別系統(tǒng)的儲能彈簧卡滯的加速度_時間(X方向)曲線圖；圖9是本發(fā)明中模式識別系統(tǒng)的儲能彈簧卡滯的行程_時間(Y方向)曲線圖；圖10是本發(fā)明中模式識別系統(tǒng)的儲能彈簧卡滯的速度_時間(Y方向)曲線圖；圖11是本發(fā)明中模式識別系統(tǒng)的儲能彈簧卡滯的加速度_時間(Y方向)曲線 圖；圖12是本發(fā)明中模式識別系統(tǒng)的儲能彈簧卡滯的行程(X方向)_行程(Y方向) 曲線具體實施例方式實施例一如圖1所示，本發(fā)明基于攝影數(shù)字化的斷路器動作特性在線監(jiān)測裝置 包括標點、高速攝像機、補光燈和計算機，當被測斷路器為三相操動機構(gòu)時，標點設(shè)置在被 測斷路器傳動機構(gòu)的主軸上；高速攝像機設(shè)置在與斷路器傳動機構(gòu)上的標點相適應的位 置，用來拍攝斷路器傳動機構(gòu)分合過程中標點的運動過程，補光燈設(shè)置在能夠?qū)Ω咚贁z像 機進行補光的相對應的位置；高速攝像機的影像輸出端與計算機的信號輸入端連接，由計 算機對所拍攝圖像進行處理及分析。實施例二 如圖2所示，當被測斷路器為單相操動機構(gòu)時，需要同時拍攝三相的傳 動機構(gòu)的三個動觸頭拉桿，則本裝置包括標點1、標點2和標點3、高速攝像機1、高速攝像機 2和高速攝像機3和補光燈1、補光燈2、補光燈3，以及計算機，標點1、標點2和標點3分別 設(shè)置在被測斷路器傳動機構(gòu)的三個動觸頭拉桿上；三個高速攝像機分別設(shè)置在與斷路器傳 動機構(gòu)上的標點相適應的位置，并且三個高速攝像機之間通過同步線連接；三個補光燈分 別設(shè)置在能夠?qū)θ齻€高速攝像機進行補光的相對應的位置；三個高速攝像機的影像輸出端 均與計算機的信號輸入端連接，由計算機對所拍攝圖像進行處理及分析。實施例一與實施例二中所用標點為一個邊長為5mm的紅色不粘膠，可方便的貼在 斷路器傳動機構(gòu)上，通過其RGB值可以提取標點中心的坐標。標點同時還具有標定功能，由 于我們拍攝到的圖片是由一個一個像素點組成的，為了得到實際距離，需要知道像素點個 數(shù)和實際距離的對應關(guān)系，因為標點的邊長一定，所以可以在圖像中觀察到標點邊長占幾 個像素點，兩者相除便可得到一個像素點對應的實際距離，即比例系數(shù)。所用高速攝像機是 能夠以很高的頻率記錄動態(tài)圖像的攝像機，高速攝像機最高分辨率1280x1024時的拍攝速 度是500幀每秒，最高拍攝速度16000幀每秒，通過USB2. 0接口與計算機連接，且本高速攝 像機是手持式的，方便攜帶，可用自帶充電電池供電，也可用交流電源供電，適合野外和實 驗室使用；標準配置IGB緩存，最大可以擴展內(nèi)存3G ；擁有緩存記憶功能，使用CF卡可以拓 展其存儲量；具有同步功能，可以對斷路器的三相進行同時拍攝。由于高速攝像機的拍攝速 度幀數(shù)很高，因此每幀圖片的曝光時間非常短，實際拍攝時需要用強光補光燈對拍攝對象 進行補光，所使用的補光燈每個都含有兩個1300W的燈管，拆裝簡便，可伸縮支架的極限高 度為2. 3米。使用實施例一中和實施例二中所述裝置進行測試時的步驟如下所述(1)、在被測 斷路器傳動機構(gòu)上選擇合適的位置作為拍攝對象(其中實施例一中選擇斷路器的主軸，實 施例二中選擇短路器的動觸頭主拉桿)；⑵、用標點對拍攝對象進行標記；(3)安裝高速攝 像機和補光燈(其中實施例二中需要將三個高速攝像機用同步線進行同步連接)、(4)用高
5速攝像機對被測斷路器傳動機構(gòu)的分和過程進行拍攝得到運動影像；(5)將運動影像輸入 到計算機內(nèi)，由計算機對影像進行分析處理，得到標記點的運動(行程時間)曲線，根據(jù)得 到的運動曲線分析出被試斷路器的動作特性參數(shù)。計算機進行處理分析時將相關(guān)匹配追蹤 運算轉(zhuǎn)換到頻域中進行，基本的相關(guān)匹配追蹤算法是把一個預先存儲的目標圖像模板作為 識別和檢測目標位置的依據(jù)，用目標樣板與圖像的各子區(qū)域按照一定的相似性度量準則進 行匹配，找出和目標樣板最相似的一個子區(qū)域，即可認為是當前目標的位置。它無需對圖像 進行分割和特征提取，只在原始圖像數(shù)據(jù)上進行運算，從而保留了圖像的全部信息，在許多 復雜環(huán)境場景中相關(guān)匹配追蹤算法是一種切實可行的跟蹤方法。如圖3所示，計算機分析 處理的具體步驟如下(a)、初始化獲得第一幀的目標圖像，把視頻轉(zhuǎn)換為圖片；(b)、對追蹤目標進行特征模板的建立，包括對追蹤目標進行差分高斯濾波，濾除 圖像中的低頻干擾成分，弱化圖像內(nèi)部數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，保留下可匹配的特征；對濾波算 子進行補零運算；為了減少運算量進行頻域變換，使濾波時的卷積運算變?yōu)轭l域中的乘積 運算；在實際的時頻轉(zhuǎn)換過程中，追蹤目標模板與待搜索區(qū)域圖像的大小不一樣，一次 需要將統(tǒng)一到相同尺寸才能實現(xiàn)時頻運算的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)這種統(tǒng)一的方法便是補零運算。統(tǒng) 一圖像的尺寸可以對待搜索區(qū)域圖像f(x，y)與模板h(x，y)進行補零實現(xiàn)。實現(xiàn)補零的操 作是統(tǒng)一它們的尺寸到HXH(H = 2m, m = 3,4,5,6,7...)大小的圖像模板上來，對圖像的 補零采取對準圖像模板HXH中央的方式，將待搜索背景圖像和掩膜對準到圖像模板HXH 的中央。這樣便能實現(xiàn)時頻運算空間的轉(zhuǎn)換。將圖像以及掩膜尺寸補到2的整數(shù)次方，目 的是在時頻域轉(zhuǎn)換時能夠使用快速傅里葉變換的算法，同時補零還可以減弱由于傅里葉變 換帶來的周期延拖影響，從而能夠保證匹配區(qū)域邊緣數(shù)據(jù)的準確性。(C)、獲取其他幀的圖像；(d)、頻域變換對獲取的圖像數(shù)據(jù)進行FFT變換，然后在頻域中采用差分高斯濾 波濾除圖像的低頻干擾成分，與特征模板共軛相乘，實現(xiàn)追蹤目標與背景的互相關(guān)運算，進 行FFT反變換，直接搜索運算結(jié)果中實部的峰值位置就是所追蹤目標的位置；其中時域頻域轉(zhuǎn)換運算由于互相關(guān)和卷積存在著一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系，所以對于大 運算量的卷積運算，可以從時域轉(zhuǎn)化到頻域中進行，從而為減少運算量提供了一條切實可 行的辦法，具體推導如下對于圖像f(x，y)與模板h(x，y)的卷積運算，如下式g (x, y) = f (X，y) *h (χ, y)(1)對應的頻域表現(xiàn)為乘積運算，如下式G(u, ν) = F(u, v)H(u, ν)(2)其中F(u，v)為圖像的頻域形式，H(u，v)為模極的頻域形式，對上式進行傅里葉反 變換，得到圖像f(x，y)與模板h(x，y)的卷積，結(jié)果如下g(x, y) = IFFT2 (G(u, ν))= IFFT2 (F(u, v)H(u, ν))(3) 因為圖像f (χ，y)與模板h(x，y)的相關(guān)算法和卷積運算存在如下關(guān)系
r^y) =yy/(m,n)Kx+my+n)
m η
=/(χ,少)°電少)(4)則時域相關(guān)對應頻域的共軛相乘，如下式R (U，ν) = F (U，ν) H* (U，ν)(5)因此，圖像f (X，y)與模板h(x，y)的相關(guān)運算結(jié)果表示如下rft(χ, y) = IFFT2 (F(u，ν)H*(u, ν))(6)經(jīng)過傅里葉反變換后結(jié)果為復數(shù)序列，只需要取實部即可，因為虛部為誤差結(jié)果， 幾乎為零，可忽略。由此便實現(xiàn)了相關(guān)匹配運算時頻轉(zhuǎn)換，從而可以將大規(guī)模的相關(guān)匹配運 算轉(zhuǎn)換到頻域中進行，其中包括對圖像的DoG(差分高通函數(shù))算子濾波，目標與背景的互 相關(guān)運算。
程如下
設(shè)t(x，y)追蹤目標模板，s(x，y)為待搜索背景，h(x，y)為DoG算子，算法推導過
首先對追蹤目標以及背景進行濾波運算 模板的濾波運算tth (χ，y) = t (χ，y) *h (χ，y)(7)背景的濾波運算Ssh (x, y) = s (χ, y) *h (χ，y)(8)目標與背景的互相關(guān)運算peak (χ, y) = tth ο ssh= (t (χ，y) *h (x，y)) ο (s (χ, y) *h (χ, y))(9)直接搜索peak(X，y)的峰值位置即為目標位置。以上操作為時域運算過程，對應 的頻域運算過程如下PEAK(u，ν) = T(u，v)H(u, ν) [S(u, v)H(u, ν)]*= T (u，ν) H (u，ν) H* (u，ν) S* (u，ν)(10)其中T (u，ν)、S (u，ν)和 H (u，ν)分別為 t (x，y)、s (x，y)和 h(x，y)頻域形式，則 經(jīng)過上述頻域變換運算后，追蹤目標的定位結(jié)果為peak (χ, y) = IFFT2 [PEAK (u, ν)]= IFFT2[(T(u, v)H(u, v)H*(u, v))S*(u, v) ](11)(10)式和(11)式的運算量包含(T(u，v)H(u, v)H*(u, ν))和 S(u，ν)以及 IFFT2[PEAK(u, v)]，其中(T(u，v)H(u, v)H*(u, v))是在對追蹤目標的特征進行建模的時候 就已經(jīng)完成，因此實際運算量主要是對背景圖像的傅里葉變換以及對頻域乘積結(jié)果的傅里 葉反變換，這些主要運算量都將使用快速傅里葉變換算法完成。(e)、輸出目標位置；(f)對定位目標進行雙重相似度檢測通過當前模板和歷史模板與背景區(qū)域相似 度來判斷是否需要更新模板，如需要更新則進行形心修正等操作，繼續(xù)下一幀圖像的跟蹤， 重新確立圖像的特征模板；否則繼續(xù)獲取其它幀的圖像；
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其中對追蹤目標和背景的相似度檢測使用互相關(guān)函數(shù)檢測，具體操作如下設(shè)經(jīng) 過特征提取的模板T (m，η)大小為ΜΧΝ，而待搜索區(qū)域圖像大小為HXL，此時相似度測量函 數(shù)可定義為模板與當前覆蓋子模板的互相關(guān)函數(shù)
使用此方法可以大幅度減少算法運算量，使算法得到簡化；該算法還能夠?qū)崿F(xiàn)對 目標的相關(guān)匹配，相關(guān)峰值呈現(xiàn)單峰特性，和傳統(tǒng)的相關(guān)匹配算法相比，具有更高穩(wěn)定性和 精度，對局部干擾不敏感，對噪聲抑制性強。在實際跟蹤中，因為目標在不斷的運動，狀態(tài)也在不斷的發(fā)生變化，使用固定特征 模板是不能實現(xiàn)穩(wěn)定跟蹤的，最終會由于特征模板過時而導致跟蹤失敗，所以需要在跟蹤 的過程中對模板進行更新，保證模板始終包含目標新的特征。為了兼顧跟蹤的實時性以及 模板更新的漂移問題，使用加權(quán)質(zhì)心修正追蹤目標形心的模板更新方法，弱化模板更新過 程中的漂移現(xiàn)象；同時通過雙重對比相似度檢測的方法檢測目標是否發(fā)生變形或者部分遮 擋，正確實現(xiàn)對目標模板更新時機的把握。采用模板加權(quán)質(zhì)心與形心的偏差量來修正目標形心的方法，首先對圖像進行預處 理，提取追蹤目標邊緣，然后進行高斯加權(quán)增強目標中心區(qū)域，經(jīng)過加權(quán)求取的邊緣質(zhì)心總 是指向追蹤目標內(nèi)部，這樣能夠適應模板更新時背景的干擾。經(jīng)過邊緣檢測后，已去除系統(tǒng) 光照的影響，隨后產(chǎn)生與目標模板大小的高斯核，對邊緣模板進行加權(quán)處理，加權(quán)的目的在 于增強目標區(qū)域，減弱模板更新時背景的影響。邊緣模板經(jīng)過加權(quán)后，需要求取其質(zhì)心與目 標形心(中心)偏差量，作為模板更新時的偏差修正量。對于當前定位的子圖像為T(m，n) 大小為MxN，其中(m，n)表示象素坐標點，追蹤目標形心位置為(M/2，N/2)，即為追蹤目標的 中心，w(m，n)為高斯加權(quán)值，則此時追蹤目標的加權(quán)質(zhì)心(Gx，Gy)計算如下 在模板更新時刻，計算并保存當前幀的質(zhì)心與目標形心偏差量(dx，dy)dx = G-M/2dy = Gy-N/2(15)在實際跟蹤過程中，當檢測到需要更新特征模板時，計算當前定位追蹤目標的加 權(quán)質(zhì)心(G' X，G' y)，利用上一次模板更新時的質(zhì)心與形心偏差量(dx，dy)對當前加權(quán)質(zhì) 心(G' x，G' y)進行修正，將其修正到追蹤目標形心位置(X，y)上，如下式x = G' x-dxy = G' y-dy(16)將修正后的區(qū)域更新的為當前的追蹤目標模極，從而減弱了直接利用形心或者質(zhì) 心更新模板時帶來的漂移問題。計算機處理分析的方法使用MATLAB7. 0作為軟件系統(tǒng)編程的實現(xiàn)工具，MATLAB編 程工具是國際公認的最優(yōu)秀的科技應用軟件之一，具有編程簡單、數(shù)據(jù)可視化功能強、操作性強等特點，而且配有功能強大、專業(yè)函數(shù)豐富的圖像處理工具箱，是進行圖像處理方面工 作必備的軟件工具。本方法中使用MATLAB GUI制作圖形化用戶界面，大大提高了軟件程序 的可視性，操作界面簡潔明快，功能模塊清晰明確、操作簡單。由于計算機處理分析的方法采用的原理與現(xiàn)階段使用的動特性測試儀的原理有 很大區(qū)別，因此檢測量需重新定義。如表1所示為本方法(攝像法)檢測量定義與動特性 測試儀檢測量定義的對比，如圖4、圖5所示分別為檢測量定義的分閘與合閘的示意圖，圖4 與圖5中橫坐標為時間，縱坐標為行程，al,a2為加速度曲線，vUv2為速度曲線，sl、s2為
行程曲線。 表 1由表1可知攝像法與動特性測試儀檢測量的主要區(qū)別有兩點a、剛合/分點的確定方法動特性測試儀測量斷路器機械特性通常是在離線狀 態(tài)下通過施加在斷路器端口兩端電壓的變化來判斷斷路器的合分狀態(tài)，進而判斷剛合/分 點，而攝像法無法直接獲得這一信息。通過理論分析可以發(fā)現(xiàn)，分間過程中，當動觸頭與靜
9觸頭分開時，由于動觸頭和靜觸頭間的摩擦力消失，使得動觸頭獲得了與運動方向一致的 最大加速度，該時間點即為剛分點，之后由于驅(qū)動力的下降，動觸頭的加速度逐漸下降，當 動觸頭運動到位時，動觸頭會受到一個與運動方向相反的峰值加速度，使之停止運動；合閘 過程中，當動觸頭與靜觸頭接觸時，會受到一定程度的沖擊，使得動觸頭獲得了與運動方向 相反的峰值加速度，該時間點即為剛合點，當動觸頭完全插入靜觸頭時還會受到一定的沖 擊，使之停止運動，會出現(xiàn)第二峰值加速度，上述分析已得到試驗的驗證。b、合/分間時間 起始點動特性測試儀測量斷路器機械特性是利用合/分閘線圈上電的時間作為合/分閘 時間起始點，而攝像法也無法獲得這一信息。攝像法將行程起點的定為合/分閘時間起始 點，忽略了合/分閘線圈上電至觸頭開始動作間的時間差，因而根據(jù)攝像法測量的合/分閘 時間要比用動特性測試儀測量的結(jié)果短，但不同期時間沒有區(qū)別。由現(xiàn)有經(jīng)驗可知，斷路器的機械故障有很多種，例如斷路器分合閘拒動、機械傳動 機構(gòu)卡滯引起的分合閘無力和三相不同期等。其中有很多機械故障屬于早期機械故障，早 期機械故障的故障特征不明顯，容易被忽視，但是任由其進一步發(fā)展會造成嚴重的損失。由 于很多存在早期機械故障的斷路器的機械特性技術(shù)指標仍在正常范圍內(nèi)，因此檢測方法無 法對其進行識別。采用本方法一共模擬三種早期故障，分別是儲能彈簧卡滯故障、主連桿銷 子卡滯故障和滅弧室動觸頭卡滯故障，試驗對象為ZW9-40. 5型35kV真空斷路器。人為的 將膠皮塞在儲能彈簧層間造成彈簧卡滯，通過本發(fā)明所述方法得出儲能彈簧卡滯故障的曲 線；人為的將膠皮塞在主連桿銷子連接處造成主連桿運動時卡滯，通過本發(fā)明所述方法得 出種主連桿銷子卡滯的曲線；人為的將膠皮塞在滅弧室動觸頭主連桿處造成動觸頭卡滯， 通過本發(fā)明所述方法得出滅弧室動觸頭卡滯的曲線。如圖6至圖12所示是對儲能彈簧卡 滯故障進行模擬的分析結(jié)果圖6為行程-時間曲線(X方向)示意圖，其中曲線1為正常 分閘曲線，曲線2為儲能彈簧卡滯曲線；圖7為速度-時間曲線(X方向)示意圖，其中曲線 3與曲線4分別為正常分閘曲線和儲能彈簧卡滯曲線；圖8為加速度-時間曲線(X方向) 示意圖，其中曲線5與曲線6分別為正常分閘曲線和儲能彈簧卡滯曲線；圖9為行程-時間 曲線(Y方向)示意圖，其中曲線7與曲線8分別為正常分閘曲線和儲能彈簧卡滯曲線；圖 10為速度-時間曲線(Y方向)示意圖，其中曲線9與曲線10分別為正常分閘曲線和儲能 彈簧卡滯曲線；圖11為加速度-時間曲線(Y方向)示意圖，其中曲線11與曲線12分別為 正常分閘曲線和儲能彈簧卡滯曲線；圖12為行程(X方向)_行程(Y方向)曲線示意圖，其 中曲線13與曲線14分別為正常分閘曲線和儲能彈簧卡滯曲線。表2歸納了在不同斷路器 早期機械故障類型和行程、速度、加速度這三種不同技術(shù)指標下，正常狀態(tài)曲線和故障狀態(tài) 曲線的區(qū)別和各自特點，從而達到對儲能彈簧卡滯、主連桿銷子卡滯，滅弧室動觸頭卡滯這 三種斷路器早期機械故障的識別，對檢測被測斷路器的故障有深遠的意義。
表 權(quán)利要求
一種基于攝影數(shù)字化的斷路器動作特性在線檢測裝置，其特征在于它包括標點，用來標記傳動機構(gòu)的運動過程，標點設(shè)置在斷路器傳動機構(gòu)上；影像獲取裝置，用來拍攝斷路器上標點的運動過程，其設(shè)置在與斷路器傳動機構(gòu)上的標點相適應的位置；計算機，用來對圖像進行處理及分析，計算機的信號輸入端與影像獲取裝置的影相輸出端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于攝影數(shù)字化的斷路器動作特性在線檢測裝置，其特征在 于還包括有補光燈，用來給影響獲取裝置對所拍攝的標點進行補光，補光燈設(shè)置在能夠?qū)?影像獲取裝置進行補光的相對應的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于攝影數(shù)字化的斷路器動作特性在線檢測裝置，其特 征在于所述影像獲取裝置為一個高速攝像機，所述標點為一個標點，標點用來設(shè)置在三相 操動機構(gòu)的主軸上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于攝影數(shù)字化的斷路器動作特性在線檢測裝置，其特 征在于所述影像獲取裝置為三個高速攝像機，三個高速攝像機之間通過同步線連接；所 述標點為三個標點，三個標點用來設(shè)置在單相操動機構(gòu)的三個動觸頭拉桿上。
5.一種基于攝影數(shù)字化的斷路器動作特性在線檢測方法，其特征在于包括以下步 驟(1)、在被測斷路器傳動機構(gòu)上選擇合適的位置作為拍攝對象；(2)、用標點對拍攝位置 進行標記；(3)安裝高速攝像機和補光燈，如果被測斷路器為單相操動機構(gòu)，則需要將三個 高速攝像機用同步線進行同步連接；(4)用高速攝像機對被測斷路器傳動機構(gòu)的運動過程 進行拍攝得到運動影像；(5)將運動影像輸入到計算機內(nèi)，由計算機對影像進行分析處理， 得到標點的運動曲線，根據(jù)得到的運動曲線分析出被試斷路器的動作特性參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于攝影數(shù)字化的斷路器動作特性在線檢測方法，其特征在 于所述的步驟(5)中計算機對影像進行分析處理具體包括(1)、初始化獲得第一幀的目 標圖像；(2)、對追蹤目標進行特征模板的建立，包括對追蹤目標進行差分高斯濾波，濾除圖 像中的低頻干擾成分，弱化圖像內(nèi)部數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，保留下可匹配的特征；對濾波算子 進行補零運算；為了減少運算量進行頻域變換，使濾波時的卷積運算變?yōu)轭l域中的乘積運 算；(3)、獲取其他幀的圖像；(4)、頻域變換，在頻域中采用差分高斯濾波濾除圖像的低頻 干擾成分，與特征模板共軛相乘，實現(xiàn)追蹤目標與背景的互相關(guān)運算，進行FFT反變換，直 接搜索運算結(jié)果中實部的峰值位置就是所追蹤目標的位置；(5)、輸出目標位置；(6)、對定 位目標進行雙重相似度檢測，通過當前模板和歷史模板與背景區(qū)域相似度來判斷是否需要 更新模板如需要更新則進行形心修正等操作，繼續(xù)下一幀圖像的跟蹤，重新確立圖像的特 征模板；否則繼續(xù)獲取其它幀的圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于攝影數(shù)字化的斷路器動作特性在線檢測裝置和方法，裝置包括標點、影像獲取裝置和計算機，標點設(shè)置在斷路器傳動機構(gòu)上，影像獲取裝置設(shè)置在與斷路器傳動機構(gòu)上的標點相適應的位置，計算機的信號輸入端與影像獲取裝置的影相輸出端連接。本發(fā)明采用高速攝像機對被測斷路器傳動機構(gòu)的運動過程進行拍攝得到運動影像并將運動影像輸入到計算機內(nèi)，由計算機對影像進行分析處理，得到標點的運動(行程時間)曲線，根據(jù)得到的運動曲線分析出被試斷路器的動作特性參數(shù)。本方法能夠在線檢測斷路器的動作特性，更為掌握斷路器運行狀況、了解其運行特性奠定了基礎(chǔ)，提高其運行可靠性起到重要作用，并且還為保障電力系統(tǒng)的可靠運行提供了支持。
文檔編號G01R31/327GK101893686SQ20101019796
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者劉佳, 張欲曉, 李成榕, 王偉, 黃興泉 申請人:河南電力試驗研究院