CN108801141B - 基于激光测量技术的超高压隔离开关智能调试校准系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于激光测量技术的超高压隔离开关智能调试校准系统，该校准系统包括激光测量取样装置、数学建模系统和专家分析决策系统，所述的数学建模系统和分析系统安装于调试电脑中，所述的激光测量取样装置采集目标隔离开关在空间坐标系内的各位置参数，所述的数学建模系统使用激光取样装置采集的位置参数建立隔离开关空间数学模型，所述的专家分析决策系统将待调试隔离开关的实际数学模型与其数据库中保存的隔离开关的标准空间位置模型进行对比分析并给出误差及校准方案。与现有技术相比，本发明具有以下优点：使调试过程一步到位，提高工作效率以及调试准确率等。
Description
技术领域
本发明涉及隔离开关调试领域，尤其是涉及一种基于激光测量技术的超高压隔离开关智能调试校准系统。
背景技术
随着我国经济发展，国家电力建设也不断发展，电网不断扩大，容量不断提髙，变电站数量不断增多。隔离开关是髙压输变电设备中用量最多的一种，其用量也正随之增多。设备投入年限增长，大量的隔离开关面临解体大修的局面，检修工作量不断加大。
隔离开关运行过程中，长期受机械应力及热应力作用，使得传动机构出现磨损、变形，导致隔离开关发生分合闸不到位，三相不同期等故障.因此需要在检修期间对闸刀位置进行调整。
传统的隔离开关调试手段相对落后，需要停电测量，普遍使用卷尺、水平尺和铅垂等传统工器具，误差范围大，所需时间长，对人员经验要求高。目前国内外尚无有关隔离开关智能调试方法的相关研究。
激光测量技术现已广泛应用于工程各领域，其特点是可以实现目标的非接触式测量并直接高效地获取物体的三维坐标，这非常适用于电力系统内对于安全的要求。且激光测量技术精度高，相比传统的测量手段具有很大的优势。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于激光测量技术的超高压隔离开关智能调试校准系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于激光测量技术的超高压隔离开关智能调试校准系统，该校准系统包括激光测量取样装置、数学建模系统和专家分析决策系统，所述的数学建模系统和分析系统安装于调试电脑中，所述的激光测量取样装置采集目标隔离开关在空间坐标系内的各位置参数，所述的数学建模系统使用激光取样装置采集的位置参数建立隔离开关空间数学模型，所述的专家分析决策系统将待调试隔离开关的实际数学模型与其数据库中保存的隔离开关的标准空间位置模型进行对比分析并给出误差及校准方案。
优选地，所述的激光测量取样装置通过移动无线网发送采集数据。
优选地，所述的激光测量取样装置包括测量装置和数据采集传输装置，所述的测量装置设于移动式云台上，所述的数据采集传输装置集成在数据处理箱盒中。
优选地，所述的测量装置包括相位式激光测距仪、激光角度测量仪和激光水平仪，所述的相位式激光测距仪测量系统空间坐标系的坐标原点与导电臂两端点的距离，所述的激光角度测量仪测量系统空间坐标系的坐标原点至导电臂两端点连线分别与水平面的夹角，以及两连线之间的夹角。
优选地，所述的数据采集传输装置包括数据采集器、接口电路、单片机、外置存储器及数据传输模块，所述的测量装置的测量数据由数据采集器统一采集并输入接口电路，经过放大、A/D转换后输入单片机进行统一管理，当所需的全部参数测量采集结束后，所述的数据保存在外置存储器中并通过数据传输模块发送至调试电脑中。
优选地，所述的专家分析决策系统的工作流程包括以下步骤：
步骤1、通过数学建模系统给出的数学模型，与标准数据库中对应型号的隔离开关的标准模型进行比对，判断位置误差和导致的问题现象；
步骤2、根据位置误差和导致的问题现象，系统自动给出几种最常用的调整方法；
步骤3、建立检修方案智能选择策略，比较每种调整方案的调整效果，判断依据：A＝0.7×B+0.3×C+D，A值最小即为最优检修策略，其中A为检修效果， B为对隔离开关误差的修正量，C为耗费工时，D为该调整方法是否符合作业指导规程；
步骤4、专家分析决策系统通过每种调整方案进行调整建模时选取的B、C、 D值，计算A值以量化调整效果，通过比较，得到最小A值，系统自动判断并输出其对应的调整方案。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、激光测量技术的特点是可以实现目标的非接触式测量并直接高效地获取物体的三维坐标，这非常适用于电力系统内对于安全的要求。且激光测量技术精度高，相比传统的测量手段具有很大的优势。
2、专家分析决策系统大大提高了隔离开关调试工作的工作效率。基于激光测量技术的超高压隔离开关智能调试系统的开发，大大提升了工作安全性、缩短了工作时间、提高了隔离开关调整准确性。
3、基于激光测量技术的超高压隔离开关智能调试系统具有极高的安全效益及经济效益。经过理论分析计算以及工程实际应用，已经得到验证。可以预见，该智能调试系统完全有希望有能力替代现有的传统隔离开关调试方法，并能够提供更多的安全效益及经济效益。
附图说明
图1为本发明的系统原理框图；
图2为本发明的激光测量取样装置的原理框图；
图3为本发明的激光测量取样装置总体布置图；
图4为本发明的数学建模系统中隔离开关坐标系的建立示意图；
图5为本发明的实施例中瓷瓶增加垫片相关参数示意图；
图6本发明的专家分析决策系统流程图。
其中 1为测量装置，2为数据采集传输装置，3为待调试隔离开关，31为第一测量点，32为第二测量点，33为第一可调位置，34为第二可调位置。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
如图1～3所示，本发明的原理：本发明的调试校准系统主要分为两大部分：激光测量取样装置、数学建模系统和专家分析决策系统(即软件部分)。激光测量取样装置用于采集目标隔离开关在空间坐标系内的各位置参数，如：坐标原点与导电臂两端点的距离、原点至两端点连线分别与水平面的夹角、两连线之间的夹角等。数学建模系统是一套可对采集数据进行比对分析的工具软件，其使用激光取样装置采集的位置参数，建立隔离开关空间数学模型。专家分析决策系统将待调试隔离开关的实际数学模型，与其数据库中保存的大量隔离开关的标准空间位置模型进行对比分析且作出判断。使用者只要录入采集数据，选择相应的设备型号，该系统就能自动分析计算，并给出该产品的实际位置参数与该型号隔离开关的标准位置的误差及最优调整方法。
专家分析决策系统，能模拟在不同检修策略下，待调试隔离开关的“修正模型”，并分别与该型号隔离开关标准模型进行对比，自动计算判断哪一种修正模型更符合标准模型，从而给出最优调整方法的建议。对整个智能调试系统而言，激光测量取样装置起数据参数采集作用，数学建模系统起数据参数量化作用，最为智能化的部分是专家分析决策系统。检修人员只需将使用测量数据建模后的数学模型传输到专家分析决策系统中，选择相应的设备型号，该系统就能自动对比数据库中保存的相应隔离开关的标准空间位置模型，进行分析计算，并给出该产品的实际位置参数与该型号隔离开关的标准位置的误差及最优调整方法。数学建模系统和专家分析决策系统均属于智能调试系统的软件部分，可集成安装于工作人员的办公电脑中。
本发明的相位式激光测距仪原理：
相位式激光测距，是激光技术运用在测距工作中的最主要的一种方法。因其具有测量精度高的特点，相位式激光测距在不同的行业领域都有着十分广泛的应用。它的基本原理是，通过调制光在发射与反射之间出现的相位差计算出被测目标的距离。由于采用了调制以及差频测相等技术，可得到较高的测量精度。
相位式激光测距的公式是：
假设经调制的激光在大气中的传输距离为D，在距离D上的往返时间为t，光在空气中的传播速度为c，那么距离D可由公式表示为：
D＝c×t/2 (1-2)
将调制波波形按照与被测目标之间的往返距离展开，得到相位式测距正弦波形图，调制波最后到达激光发射处时的相位(即脉冲波峰值处)超出了初始激光发射时相位的
角，这时有公式
其中f表示调制波的频率。
将上述两式合并，就得到公式：
其中，
表示调制波经过的N个周期与尾数
的和，那么公式(1-5)可以表示为：
公式(1-5)中，整数N是无法获得的，我们称为模糊距离。为了解决这个问题，往往采用多测尺频率进行测量，即当我们采用较低频率的调制波进行测量时，由于波长很长，可估算出测量目标的大概距离，再通过一个较高频率的调制波进行测量，可以获取准确的尾数，同时依据低频率测量得出的估算距离可以计算得到整周期的个数N。经过多次测量，则可以通过不同频率测尺的探测，解决“远距离测距”与“高精度测距”之间的矛盾。
以运用于220千伏电压等级的GW7型隔离开关为例，建立该隔离开关的实际三维空间坐标模型，简述数学建模系统的工作过程和可操作性。
如图4所示，以测量点为原点建立三维空间坐标系：
设导电臂两端点的第一测量点31为A点，第二测量点32为B点，长度为LAB， A点坐标设为(XA，YA，ZA)；B点坐标设为(XB，YB，ZB)，设A，B两点水平高度差为HAB，导电臂与水平面夹角为θ，设LOA为激光从测量远点到A点的距离，该射线与水平面XOZ的夹角为α，LOB为激光从测量原点到B点的距离，该射线与水平面XOZ 的夹角为β。设LOA与LOB之间的夹角为ω。
使用具备角度测量功能的相位式激光测距仪，可获得的数据有：LOA 、LOB 、α、β、ω。
根据正弦定理：
YA＝LOA·sinα，YB＝LOB·sinβ (2-1)
因此
HAB＝LOA·sinα-LOB·sinβ (2-2)
根据余弦定理可得：
其中θ为导电臂偏离水平的角度。
如图5所示，θ为导电臂偏离水平的角度。测量瓷瓶的直径d。
将导电臂与支持旋转瓷瓶简化成两条相交的直线，其构成一个垂直于水平面 XOZ的平面。利用激光测距仪定位该平面与支持旋转瓷瓶(考虑体积)相交线在瓷瓶上的准确位置。根据图形旋转的原理，一个图形以任意点为旋转中心旋转相同角度后所得图形与原图形的角度偏差都为旋转角。则对待调试隔离开关调整的方法为，可选择在此相交线上任何可调位置加垫垫片厚度h为：
h＝tanθ·d (2-5)
如图6所示，以GW7型隔离开关因中间瓷瓶误差导致的导电臂不水平问题为例，解析专家分析决策系统是如何进行逻辑判断并输出最优调整方案。
步骤1、通过数学建模系统给出的数学模型，与标准数据库中对应型号的隔离开关的标准模型进行比对，判断位置误差在于中间瓷瓶，导致的问题现象是导电臂不水平隔离开关无法合闸到位。
步骤2、确定位置误差在于中间瓷瓶，影响隔离开关合闸状态后，系统自动给出几种最常用的调整方法。比如：①调整导电臂与中间瓷瓶的连接位置33；②调整中间瓷瓶与槽钢基础的固定位置34；③调整左、右两静触座的高度(使导电臂略倾斜也能顺畅合闸)等。
步骤3、建立检修方案智能选择策略如式(3-1)，比较每种调整方案的调整效果。其中A为检修效果，B为对隔离开关误差的修正量，C为耗费工时，D为该调整方法是否符合作业指导规程。将各关键点加权平均，使A值最小即为最优检修策略。
A＝0.7×B+0.3×C+D (3-1)
步骤4、专家分析决策系统通过每种调整方案进行调整建模时选取的B、C、 D值，计算A值以量化调整效果。通过比较表1，得到A1＜A2＜＜A3，则系统自动判断并输出“方案一、调整导电臂与中间瓷瓶的连接位置33”是解决“中间瓷瓶误差导致的导电臂不水平问题”的最优调整方案，其中表1为调整方案的效果比较表。
表1
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种基于激光测量技术的超高压隔离开关智能调试校准系统，其特征在于，该校准系统包括激光测量取样装置、数学建模系统和专家分析决策系统，所述的数学建模系统和专家分析决策系统安装于调试电脑中，所述的激光测量取样装置采集目标隔离开关在空间坐标系内的各位置参数，所述的数学建模系统使用激光测量取样装置采集的位置参数建立隔离开关空间数学模型，所述的专家分析决策系统将待调试隔离开关的实际数学模型与其数据库中保存的隔离开关的标准空间位置模型进行对比分析并给出误差及校准方案；
所述的专家分析决策系统的工作流程包括以下步骤：
步骤1、通过数学建模系统给出的数学模型，与标准数据库中对应型号的隔离开关的标准模型进行比对，判断位置误差和导致的问题现象；
步骤2、根据位置误差和导致的问题现象，系统自动给出三种调整方法；
步骤3、建立检修方案智能选择策略，比较每种调整方案的调整效果，判断依据：A＝0.7×B+0.3×C+D，A值最小即为最优检修策略，其中A为检修效果，B为对隔离开关误差的修正量，C为耗费工时，D为该调整方法是否符合作业指导规程；
步骤4、专家分析决策系统通过每种调整方案进行调整建模时选取的B、C、D值，计算A值以量化调整效果，通过比较，得到最小A值，系统自动判断并输出其对应的调整方案；
所述的激光测量取样装置包括测量装置和数据采集传输装置，所述的测量装置设于移动式云台上，所述的数据采集传输装置集成在数据处理箱盒中；所述的测量装置包括相位式激光测距仪、激光角度测量仪和激光水平仪，所述的相位式激光测距仪测量系统空间坐标系的坐标原点与导电臂两端点的距离，所述的激光角度测量仪测量系统空间坐标系的坐标原点至导电臂两端点连线分别与水平面的夹角，以及两连线之间的夹角。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光测量技术的超高压隔离开关智能调试校准系统，其特征在于，所述的激光测量取样装置通过移动无线网发送采集数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光测量技术的超高压隔离开关智能调试校准系统，其特征在于，所述的数据采集传输装置包括数据采集器、接口电路、单片机、外置存储器及数据传输模块，所述的测量装置的测量数据由数据采集器统一采集并输入接口电路，经过放大、A/D转换后输入单片机进行统一管理，当所需的全部参数测量采集结束后，测量参数保存在外置存储器中并通过数据传输模块发送至调试电脑中。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光测量技术的超高压隔离开关智能调试校准系统，其特征在于，所述的三种调整方法包括：①调整导电臂与中间瓷瓶的连接位置；②调整中间瓷瓶与槽钢基础的固定位置；③调整左、右两静触座的高度。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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