CN106092556A - 一种断路器掣子动作监测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种断路器掣子动作监测装置与方法，包括断路器、设置于所述断路器内的掣子、高速相机和光源，其中，高速相机在分辨率为512×512像素下，帧率大于或等于1500fps；高速相机与外部处理器电连接；高速相机的轴向高度与掣子的中心高度一致，且高速相机朝向掣子；光源朝向掣子，且掣子的运动轨迹均落于光源产生的光线照射范围内。通过采用光学非接触的方法，可实现对断路器掣子的监测，并采用机器视觉技术实现对掣子动作的分析，得到掣子的动作参数并判断掣子的是否存在异常，从而解决现有技术中传统的电学和机械的方法对尺寸较小、结构复杂的掣子动作特性监测不足的问题。

Description

一种断路器掣子动作监测装置与方法

技术领域

本发明涉及高速运动监测技术领域，特别是涉及一种断路器掣子动作监测装置与方法。

背景技术

断路器是配电网中的一种电气开关装置，是电网控制和保护的关键元件，对电力系统的安全稳定运行起到至关重要的作用。掣子作为断路器机构的重要组成部分，对断路器的可靠动作起到关键性的作用，当掣子由于卡涩、磨损或复位簧力不足等原因导致掣子异常、且该异常并未及时发现和予以解决时，有可能导致断路器拒动或误动，出现不能正常合闸或分闸、合后即分等现象。因此，如何对断路器的工作状态进行有效的监测，及时发现断路器的故障，对有缺陷部位提前进行处理，避免断路器故障恶性发展，防止断路器爆炸等恶性事故的发生，对于保障电网的安全可靠运行具有十分重要的意义。

断路器的监测通常采用对整个断路器进行监测的方法，对断路器进行全面的状态和工作性能进行评估，并实时诊断断路器的故障类型。

然而，掣子由于其尺寸较小、结构复杂等特点，传统的电学和机械的方法难以对其开展有效的监测，从而无法及早发现掣子的卡涩、磨损、复位簧力不足等缺陷，可能引起断路器的拒动或误动。

发明内容

本发明实施例中提供了一种断路器掣子动作监测装置与方法，以解决现有技术中的断路器掣子由于尺寸小盒结构复杂等原因，传统的电学和机械方法难以对其开展监测的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种断路器掣子动作监测装置，包括：断路器、设置于所述断路器内的掣子、高速相机和光源，其中，所述高速相机在分辨率为512×512像素下，帧率大于或等于1500fps；所述高速相机与外部处理器电连接；所述高速相机的轴向高度与所述掣子的中心高度一致，且所述高速相机朝向所述掣子；所述光源朝向所述掣子，且所述掣子的运动轨迹均落于所述光源产生的光线照射范围内。

优选地，所述断路器上设置有基座，所述断路器通过所述基座固定于地面上。

优选地，所述高速相机通过第一脚架固定于地面上。

优选地，所述光源通过第二脚架固定于地面上。

一种断路器掣子动作检测方法，包括以下步骤：在掣子上固定辅助标志物并调整高速相机和光源的位置；通过所述高速相机采集所述辅助标志物运动的序列图像；对所述序列图像进行畸变校正和颜色空间变换；跟踪所述辅助标志物在所述序列图像中的运动，并获取其运动轨迹；提取所述辅助标志物的运动速度和运动行程；判断所述掣子是否存在异常。

优选地，所述判断所述掣子是否存在异常，包括：判断所述运动速度或所述运动行程与经验数据的差值是否大于30％；当所述运动速度或所述运动行程与经验数据的差值大于30％时，确定所述掣子存在异常。

优选地，所述判断所述掣子是否存在异常，包括：判断所述运动速度或所述运动行程与历史数据的差值是否大于30％；当所述运动速度或所述运动行程与历史数据的差值大于30％时，确定所述掣子存在异常。

优选地，述跟踪所述辅助标志物在所述序列图像中的运动，并获取其运动轨迹，包括：采用粒子滤波和菱形图像块匹配方法对所述辅助标志物在所述序列图像中的运动进行跟踪，并获取所述辅助标志物的运动轨迹。

优选地，所述提取所述辅助标志物的运动速度和运动行程，包括：根据所述辅助标志物的实际尺寸和成像大小以及所述高速相机的焦距和拍摄速率，计算所述掣子的运动速度和运动行程。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的断路器掣子动作监测装置与方法，通过采用光学非接触的方法，可实现对断路器掣子的监测，并采用机器视觉技术实现对掣子动作的分析，得到掣子的动作参数并判断掣子的是否存在异常，从而解决现有技术中传统的电学和机械的方法对尺寸较小、结构复杂的掣子动作特性监测不足的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种断路器掣子动作监测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种断路器掣子动作监测方法的流程示意图；

图示说明：

1-断路器，2-掣子，3-基座，4-高速相机，5-光源，6-处理器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参见图1，为本发明实施例提供的一种断路器掣子动作监测装置的结构示意图。

从图1中可以看出，本发明实施例提供的断路器掣子动作监测装置包括断路器1、设置于断路器1内的掣子2、高速相机4和光源5。

其中，掣子2设置于断路器1机构箱的内部，断路器1通过基座3固定于地面上，使得断路器1在动作过程中不发生倾倒，且振动在可接受的范围内。

高速相机4在分辨率为512×512像素下，帧率大于或等于1500fps，高速相机4用于监测掣子2的动作情况，其可设置为一个或多个，高速相机4与掣子2设置于同一水平面上，且高速相机4朝向掣子2，可以全方位监测掣子2。另外，高速相机4通过第一脚架7固定于地面上，使得高速相机4在拍摄过程中不发生倾倒，且振动在可接受的范围内，从而保证拍摄质量的清晰完整。

光源5用于对高速相机4对掣子2的拍摄提供光，其可设置为一个或多个，光源5的个数与高速相机4的个数相同，光源5与掣子2设置于同一水平面上，且设置于掣子2和高速相机4连线的延长线上，光源5朝向掣子2。另外，光源5通过第二脚架8固定于地面上，使得光源5在使用过程中不发生倾倒，保证光的持续稳定。

另外，高速相机4与外部的处理器6电连接，处理器6可为计算机或其他分析处理器，高速相机5将采集到的图像传送至处理器6，处理器6通过机器视觉处理、参数提取和异常原因分析等，对掣子2的动作进行分析处理，从而综合判断掣子2是否存在异常。

参见图2，为本发明实施例提供的一种断路器掣子动作监测方法的流程示意图。

如图2所示，采用本发明实施例提供的断路器掣子动作装置对断路器掣子2进行监测时，包括以下步骤：

步骤S1，在掣子上固定辅助标志物并调整高速相机和光源的位置，其中辅助标志物为具有鲜明颜色特征的贴片。综合考虑视窗大小和视窗位置等因素对掣子2运动监测及照明的影响，选择最佳拍摄视窗，并将高速相机4和照明光源5放置于最佳位置。

步骤S2，通过高速相机4采集辅助标志物的序列图像，即通过高速相机4对断路器掣子2上的辅助标志物进行拍照或录像，以记录掣子2的运动状态。其中，对于掣子2的直线位移特性，只需要一个辅助标志物即可；对于掣子2的角位移特性，则跟踪两个具有不同颜色特征的辅助标志物的运动，通过计算这两个标志物质心连线的转动角度来获取掣子2的角位移特性。

步骤S3，对序列图像进行畸变校正和颜色空间变换。具体的，从高速相机4拍摄的序列图像的第一帧开始，对图像进行畸变校正和颜色空间变换，并将图像由RGB空间变换到HIS空间。

步骤S4，跟踪辅助标志物在序列图像中的运动，并获取其运动轨迹。具体的，采用粒子滤波和菱形图像块匹配方法对辅助标志物在序列图像中的运动进行跟踪，并获取辅助标志物的运动轨迹。

步骤S5，提取辅助标志物的运动速度和运动行程。高速相机4采集到的图像传输至外部的处理器6，处理器6可对图像或视频等进行相关机器视觉处理，包括图像稳定和图像跟踪，同时对处理后的图像进行运动参数的提取，包括运动时间、运动速度、运动行程、运动加速度、弹跳时间、弹跳速度和弹跳加速度等，主要包括根据辅助标志物的实际尺寸和成像大小以及高速相机4的焦距和拍摄速率，计算掣子2的运动速度和运动行程。

步骤S6，判断掣子是否存在异常，对以上参数其进行分析，如与预设参数相对比等，判断断路器掣子2的运动状态是否存在异常，如有异常，可发出报警或其他提示信息，便于工作人员及时修理。

步骤S6还包括，通过横向比较法判断掣子是否存在异常，具体包括：判断运动速度或运动行程与经验数据的差值是否大于30％，当运动速度或运动行程与经验数据的差值大于30％时，确定掣子存在异常。经验数据指的是在同间隔内的其他相或不同间隔的断路器内的其他掣子的运动速度和运动行程。

步骤S6还包括，通过纵向比较法判断掣子是否存在异常，具体包括：判断运动速度或运动行程与历史数据的差值是否大于30％，当运动速度或运动行程与历史数据的差值大于30％时，确定掣子存在异常。历史数据指的是之前测得的该掣子运动速度和运动行程的值。

本发明实施例提供的断路器掣子动作监测装置与方法，通过采用光学非接触的方法，可实现对断路器掣子的监测，并采用机器视觉技术实现对掣子动作的分析，得到掣子的动作参数并判断掣子的是否存在异常，从而解决现有技术中传统的电学和机械的方法对尺寸较小、结构复杂的掣子动作特性监测不足的问题。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种断路器掣子动作监测装置，其特征在于，包括：断路器(1)、设置于所述断路器(1)内的掣子(2)、高速相机(4)和光源(5)，其中：

所述高速相机(4)在分辨率为512×512像素下，帧率大于或等于1500fps；

所述高速相机(4)与外部处理器(6)电连接；

所述高速相机(4)的轴向高度与所述掣子(2)的中心高度一致，且所述高速相机(4)朝向所述掣子(2)；

所述光源(5)朝向所述掣子(2)，且所述掣子(2)的运动轨迹均落于所述光源(5)产生的光线照射范围内。

2.根据权利要求1所述的断路器掣子动作监测装置，其特征在于，所述断路器(1)上设置有基座(3)，所述断路器(1)通过所述基座(3)固定于地面上。

3.根据权利要求1所述的断路器掣子动作监测装置，其特征在于，所述高速相机(4)通过第一脚架(7)固定于地面上。

4.根据权利要求1所述的断路器掣子动作监测装置，其特征在于，所述光源(5)通过第二脚架(8)固定于地面上。

5.一种断路器掣子动作监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

在掣子上固定辅助标志物并调整高速相机和光源的位置；

通过所述高速相机采集所述辅助标志物运动的序列图像；

对所述序列图像进行畸变校正和颜色空间变换；

跟踪所述辅助标志物在所述序列图像中的运动，并获取其运动轨迹；

提取所述辅助标志物的运动速度和运动行程；

判断所述掣子是否存在异常。

6.根据权利要求5所述的断路器掣子动作监测方法，其特征在于，所述判断所述掣子是否存在异常，包括：

判断所述运动速度或所述运动行程与经验数据的差值是否大于30％；

当所述运动速度或所述运动行程与所述经验数据的差值大于30％时，确定所述掣子存在异常。

7.根据权利要求5所述的断路器掣子动作监测方法，其特征在于，所述判断所述掣子是否存在异常，包括：

判断所述运动速度或所述运动行程与所述历史数据的差值是否大于30％；

当所述运动速度或所述运动行程与历史数据的差值大于30％时，确定所述掣子存在异常。

8.根据权利要求5所述的断路器掣子动作监测方法，其特征在于，所述跟踪所述辅助标志物在所述序列图像中的运动，并获取其运动轨迹，包括：

采用粒子滤波和菱形图像块匹配方法对所述辅助标志物在所述序列图像中的运动进行跟踪，并获取所述辅助标志物的运动轨迹。

9.根据权利要求5所述的断路器掣子动作监测方法，其特征在于，所述提取所述辅助标志物的运动速度和运动行程，包括：

根据所述辅助标志物的实际尺寸和成像大小以及所述高速相机的焦距和拍摄速率，计算所述掣子的运动速度和运动行程。