CN108344379B - 一种测量绝缘子截面轮廓形状及爬电距离的系统和方法 - Google Patents

一种测量绝缘子截面轮廓形状及爬电距离的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种测量绝缘子截面轮廓形状及爬电距离的系统和方法，通过激光测距仪多位置多角度对绝缘子轮廓进行测量，获得绝缘子截面轮廓形状并计算出爬电距离。该系统结构部分由激光测量模块和绝缘子安装模块两部分组成，激光测量模块和绝缘子安装模块之间距离固定，激光测距仪和绝缘子可以进行独立旋转，同时激光测距仪可以左右移动，从而保证绝缘子截面轮廓能够被完整测量。测量完成后计算得到测点极坐标，通过坐标变换和插值得到在直角坐标系下截面轮廓线的离散点坐标从而计算爬电距离。本发明实现了对绝缘子爬电距离低成本的准确测量，弥补了以往方法成本高，或不能完整测量截面轮廓的缺陷。

Description

一种测量绝缘子截面轮廓形状及爬电距离的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种测量绝缘子截面轮廓形状及爬电距离的系统和方法，属于测量技术领域。
背景技术
绝缘子是用来支持和固定母线与带电导体，并使带电导体间或导体与大地之间有足够的距离和绝缘。绝缘子爬电距离是指绝缘子正常承载运行电压的两导电部位之间沿其轮廓表面的最短距离。如果高压输电线路上使用的绝缘子爬电距离不合格，很容易引起事故的发生，对人民生命财产安全和输电系统造成不必要的损失。
目前对绝缘子爬电距离的测量方法有手测法、悬式扫描法和三维重建法。手测法多用不可伸长的金属丝、绳子或带子沿绝缘子两金属导体间的表面自上而下地贴合缠绕一次，然后测量所缠绕金属丝、绳子或带子的长度。绝缘子外轮廓形状复杂，人工测量时因测量工具精度、测量方法、人为偏差等不确定因素的影响，会对测量结果造成较大偏差，测量数据往往不精准。悬式扫描法将绝缘子竖直悬挂并加以绕轴线的旋转，同时在绝缘子上下两侧沿轴线方向各布置一个测距仪并加以垂直于绝缘子轴向方向的直线移动，以此通过测量计算绝缘子表面多点三维信息来计算爬距。悬式扫描法克服了人工测量带来的大误差，但是只能测量绝缘子伞裙顶部和根部的少数点，对于绝缘子伞裙侧壁上的点无法实现测量，所以扫描出的轮廓形状缺失严重，不能准确计算爬电距离。三维重建法是利用三维扫描仪(如激光三维扫描仪、光栅三维扫描仪等)扫描出绝缘子的三维点云信息，以此计算出绝缘子的爬距。三维重建法可以避免人工测量的大误差和悬式扫描法不能完整扫描轮廓缺失严重的问题，但是三维扫描仪成本过高，单台成本至少数万元，并且使用和维护复杂繁琐，不适合普及使用。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种测量绝缘子截面轮廓形状及爬电距离的系统和方法。通过激光测距仪多位置多角度对绝缘子轮廓进行测量，获得绝缘子截面轮廓形状并计算出爬电距离，低成本，易于实施、精度可靠。
为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种测量绝缘子截面轮廓形状及爬电距离的系统，由激光测量模块和绝缘子安装模块两部分组成，所述激光测量模块包括激光测距仪、旋转编码器、滑块、光栅尺、伸缩支柱和设备平台；所述激光测距仪水平安装在旋转编码器上，在初始状态下激光测距仪的光轴垂直于光栅尺，通过旋转编码器精确测出每一个测量状态下激光测距仪的旋转角度；所述旋转编码器安装在滑块上，滑块与光栅尺的读数头连接，准确测出激光测距仪的水平移动距离；所述光栅尺水平安装在伸缩支柱上，伸缩支柱固定在设备平台上，调整伸缩支柱的高度，使得激光测距仪的光轴和被测绝缘子的轴线高度相同；所述绝缘子安装模块包括升降夹紧部分、自锁式齿轮升降器、手柄、主体支架和旋转平台，所述旋转平台自带旋转编码器，能够精确测出每一个测量状态下被测绝缘子的旋转角度；所述主体支架下端通过螺栓安装在旋转平台上；主体支架的上端设有自锁式齿轮升降器，所述升降夹紧部分安装在自锁式齿轮升降器内，并通过摇动手柄实现升降运动，升降夹紧部分的底部设有夹紧件，与主体支架上设置的相同的夹紧件一起，通过自锁式齿轮升降器的自锁功能将被测绝缘子安装牢固；安装完成后转动主体支架调整被测绝缘子初始角度，使得被测绝缘子轴线和光栅尺垂直。
一种测量绝缘子截面轮廓形状及爬电距离的方法，使用上述的系统，具体过程如下：所述激光测量模块和绝缘子安装模块之间距离固定，激光测距仪和被测绝缘子都能够进行独立旋转，同时激光测距仪辅以左右移动，从而保证被测绝缘子截面轮廓各个位置都能够被测量到，不会被被测绝缘子的伞裙遮挡，同时截面轮廓上每个点都能够找到良好的测量角度实现最佳测量；每次测量得到四个数据，即被被测绝缘子的旋转角度α、激光测距仪的旋转角度β、激光测距仪的移动距离s和激光测距仪到测点的距离l；另被测绝缘子的旋转轴到光栅尺的距离为已知的系统尺寸d；每次测量得到的一组数据确定出被测绝缘子的截面轮廓上测点B，在以被测绝缘子的旋转中心O1为极点，以被测绝缘子的轴线为极轴的极坐标系下的极坐标 (ρ，θ)，其中O1B为极径ρ，θ为极角；将这些极坐标点转换到直角坐标系下，得到被测绝缘子的截面轮廓离散点的直角坐标(x，y)，再进行插值，遍历所有点，计算所有相邻两点的距离和，即为被测绝缘子的爬电距离。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的优点：
本发明实现了对绝缘子爬电距离低成本的准确测量，弥补了以往方法成本高，不能完整测量截面轮廓的缺陷。
附图说明
图1是本发明系统的结构示意图。
图2是绝缘子截面轮廓测量过程图。
图3是测量模型示意图。
图4是简化测量模型图。
图5是本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细阐述。
如图1所示，一种测量绝缘子截面轮廓形状及爬电距离的系统，由激光测量模块和绝缘子安装模块两部分组成，所述激光测量模块包括激光测距仪1、旋转编码器2、滑块3、光栅尺4、伸缩支柱5和设备平台6；所述激光测距仪1水平安装在旋转编码器2上，在初始状态下激光测距仪1的光轴垂直于光栅尺4，通过旋转编码器2精确测出每一个测量状态下激光测距仪1的旋转角度；所述旋转编码器2安装在滑块3上，滑块3与光栅尺4的读数头连接，准确测出激光测距仪1的水平移动距离；所述光栅尺4水平安装在伸缩支柱5上，伸缩支柱 5固定在设备平台6上，调整伸缩支柱5的高度，使得激光测距仪1的光轴和被测绝缘子12 的轴线高度相同；所述绝缘子安装模块包括升降夹紧部分7、自锁式齿轮升降器8、手柄9、主体支架10和旋转平台11，所述旋转平台11自带旋转编码器，能够精确测出每一个测量状态下被测绝缘子12的旋转角度；所述主体支架10下端通过螺栓安装在旋转平台11上；主体支架10的上端设有自锁式齿轮升降器8，所述升降夹紧部分7安装在自锁式齿轮升降器8内，并通过摇动手柄9实现升降运动，升降夹紧部分7的底部设有夹紧件，与主体支架10上设置的相同的夹紧件一起，通过自锁式齿轮升降器8的自锁功能将被测绝缘子12安装牢固；安装完成后转动主体支架10调整被测绝缘子12初始角度，使得被测绝缘子12轴线和光栅尺4垂直。
如图5所示，一种测量绝缘子截面轮廓形状及爬电距离的方法，使用上述的系统，具体过程如下：
测量前，调整初始位置：将绝缘子安装到支架上后，转动主体支架使得绝缘子轴线垂直于光栅尺；调整激光测距仪角度与位置，使其光轴垂直于光栅尺并和绝缘子轴线重合。
如图2所示，测量点从C点开始，到D点结束，之间通过调整绝缘子旋转角度、激光测距仪角度和激光测距仪位置来避免绝缘子伞裙对轮廓的遮挡，从而可以对绝缘子截面轮廓上的所有位置实现测量。
如图3所示，每次测量得到四个数据，分别是绝缘子的旋转角度α、激光测距仪的旋转角度β、激光测距仪的移动距离s和激光测距仪测得的其到测点的距离l。另绝缘子旋转轴到激光测距仪光栅尺的距离为已知系统尺寸d。
简化为如下图4所示模型，O1为绝缘子旋转中心，O2为激光测距仪旋转中心，B为被测点，θ为被测点相对于绝缘子旋转中心的角度，ρ为被测点到绝缘子旋转中心的距离(即O1B)。
激光测距仪到绝缘子旋转轴线的距离:
激光测距仪和绝缘子旋转轴连线O1O2和光栅尺法线的夹角：
激光测距仪和绝缘子旋转轴连线O1O2和激光测距仪光轴的夹角：
被测点到绝缘子旋转中心的距离:
被测点相对于绝缘子旋转中心的角度:
所以每次测量得到的一组数据可以确定出绝缘子截面轮廓上测点B，在以绝缘子旋转中心O1为极点，以绝缘子轴线为极轴的极坐标系下的极坐标(ρ，θ)，其中O1B为极径(ρ)，θ为极角。
当测量完成采集到足够多组的测量数据之后，将绝缘子截面轮廓在极坐标系下的离散点坐标(ρ，θ)转换到直角坐标中，得到在直角坐标系下绝缘子截面轮廓的离散点坐标(x，y)。
利用拉格朗日插值构造插值多项式：
Pn(x)＝a0+a1x+a2x2+…+anxn
把绝缘子截面轮廓的离散点坐标(x0，y0)、(x1，y1)、…、(xn，yn)作为插值条件得到如下线性方程组：
插值点以外所有的结点都是插值基函数lk(x)(i＝0,1,…,n)的根：
则插值函数为：
根据拉格朗日插值函数计算出相应插值点坐标。
计算出插值点之后，循环计算所有测量点和插值点相邻两点之间的距离，并将距离累加，直到遍历所有点得到最后的距离就是绝缘子爬电距离。
。

Claims (2)

1.一种测量绝缘子截面轮廓形状及爬电距离的系统，由激光测量模块和绝缘子安装模块两部分组成，其特征在于，所述激光测量模块包括激光测距仪（1）、旋转编码器（2）、滑块（3）、光栅尺（4）、伸缩支柱（5）和设备平台（6）；所述激光测距仪（1）水平安装在旋转编码器（2）上，在初始状态下激光测距仪（1）的光轴垂直于光栅尺（4），通过旋转编码器（2）精确测出每一个测量状态下激光测距仪（1）的旋转角度；所述旋转编码器（2）安装在滑块（3）上，滑块（3）与光栅尺（4）的读数头连接，准确测出激光测距仪（1）的水平移动距离；所述光栅尺（4）水平安装在伸缩支柱（5）上，伸缩支柱（5）固定在设备平台（6）上，调整伸缩支柱（5）的高度，使得激光测距仪（1）的光轴和被测绝缘子（12）的轴线高度相同；所述绝缘子安装模块包括升降夹紧部分（7）、自锁式齿轮升降器（8）、手柄（9）、主体支架（10）和旋转平台（11），所述旋转平台（11）自带旋转编码器，能够精确测出每一个测量状态下被测绝缘子（12）的旋转角度；所述主体支架（10）下端通过螺栓安装在旋转平台（11）上；主体支架（10）的上端设有自锁式齿轮升降器（8），所述升降夹紧部分（7）安装在自锁式齿轮升降器（8）内，并通过摇动手柄（9）实现升降运动，升降夹紧部分（7）的底部设有夹紧件，与主体支架（10）上设置的相同的夹紧件一起，通过自锁式齿轮升降器（8）的自锁功能将被测绝缘子（12）安装牢固；安装完成后转动主体支架（10）调整被测绝缘子（12）初始角度，使得被测绝缘子（12）轴线和光栅尺（4）垂直。
2.一种测量绝缘子截面轮廓形状及爬电距离的方法，使用如权利要求1所述的系统，其特征在于，具体过程如下：所述激光测量模块和绝缘子安装模块之间距离固定，激光测距仪（1）和被测绝缘子（12）都能够进行独立旋转，同时激光测距仪（1）辅以左右移动，从而保证被测绝缘子（12）截面轮廓各个位置都能够被测量到，不会被被测绝缘子（12）的伞裙遮挡，同时截面轮廓上每个点都能够找到良好的测量角度实现最佳测量；每次测量得到四个数据，分别是被被测绝缘子（12）的旋转角度、激光测距仪（1）的旋转角度、激光测距仪（1）的移动距离s和激光测距仪（1）到测点的距离l；另被测绝缘子（12）的旋转轴到光栅尺（4）的距离为已知的系统尺寸d；每次测量得到的一组数据确定出被测绝缘子（12）的截面轮廓上测点B，在以被测绝缘子（12）的旋转中心为极点，以被测绝缘子（12）的轴线为极轴的极坐标系下的极坐标（），其中为极径，为极角；将这些极坐标点转换到直角坐标系下，得到被测绝缘子（12）的截面轮廓离散点的直角坐标(x，y)，再进行插值，遍历所有点，计算所有相邻两点的距离和，即为被测绝缘子（12）的爬电距离。
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