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基于图像序列的真空开关分闸速度检测

高电压技术 2014年第8期40卷 2314-2320页

作者：董华军孔一涵董恩源郭方准大连交通大学机械工程学院大连116028 大连理工大学电气工程学院大连116024 国家电网平高集团有限公司平顶山467001

真空开关的分闸速度是影响开关电弧形态及其使用性能的重要因素。为满足高精度分析的需求,提出运用数字图像处理技术从真空开关运动序列图像中精确跟踪触头位置,进而计算触头运动速度的检测方法。该文首先利用Solidworks软件建立真空开... 详细信息

真空开关的分闸速度是影响开关电弧形态及其使用性能的重要因素。为满足高精度分析的需求,提出运用数字图像处理技术从真空开关运动序列图像中精确跟踪触头位置,进而计算触头运动速度的检测方法。该文首先利用Solidworks软件建立真空开关触头模型,并以设定速度模拟分闸过程,获得了分闸过程动触头的运动序列图像。运用Harris角点检测算法提取序列图像中触头角点,然后用SSD(sum of square differences)角点匹配算法对相邻序列图像中所检测到的角点进行匹配,并从中筛选精确匹配角点,再以匹配的像素角点为初始值,计算亚像素精度角点,从而实现了动触头位置的亚像素级精度跟踪。计算相邻帧图像动触头的位移,该位移与相邻帧图像时间间隔的比值即为动触头的瞬时速度。结果表明:亚像素角点检测技术可实现动触头位置跟踪及其分闸速度计算,且相对误差≤4.7%,最高精度可达0.34%。该方法能够实现真空开关分闸速度的高精度检测,为后续分析分闸速度与电弧形态的关系奠定了基础。

关键词：真空开关分闸速度图像序列 Harris角点检测角点匹配亚像素

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基于图像处理技术的真空开关分闸速度检测

高电压技术 2020年第7期46卷 2539-2544页

作者：董华军马丽婷李杰郭兴宇郭方准大连交通大学机械工程学院大连116028 大连理工大学电气学院大连116024

如何精确地检测操动机构的运动参数,并在此基础上研究其运动特性对电弧燃烧过程的影响,是真空开关领域的重要研究课题之一。为此,提出了一种基于Labview虚拟仪器开发平台的速度检测方法,利用高速摄像机采集整个周期内触头的运动图像,采... 详细信息

如何精确地检测操动机构的运动参数,并在此基础上研究其运动特性对电弧燃烧过程的影响,是真空开关领域的重要研究课题之一。为此,提出了一种基于Labview虚拟仪器开发平台的速度检测方法,利用高速摄像机采集整个周期内触头的运动图像,采用Labview的图像处理模块对动、静触头边缘进行高精度定位,计算触头在起弧、燃弧及熄弧这3个不同阶段的运动参数,并结合运动参数对电弧燃烧特性影响进行分析。实验结果表明:所提方法可有效检测出真空开关的平均分闸速度、刚分速度及其他运动参数,且该方法具有灵敏度高、瞬时性响应、不丢失参数数据等特点。论文研究可为真开关电弧动态特性研究提供技术参考。

关键词：真空开关操动机构图像处理分闸速度 Labview 电弧

高气压环境真空开关分闸速度对波纹管疲劳寿命影响

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高压电器 2019年第12期55卷 46-53页

作者：宁占虎姚晓飞刘学洪礼鑫翟小社甘肃电器科学研究院甘肃天水741000 西安交通大学西安710049

当气体绝缘金属封闭组合开关(GIS)应用真空开关作为开断元件时,真空灭弧室波纹管在高气压差环境下,承受开关高合分闸速度作用,其机械可靠性将成为影响GIS机械可靠性关键因素。然而,目前真空开关合分闸速度对波纹管疲劳寿命的影响研究尚... 详细信息

当气体绝缘金属封闭组合开关(GIS)应用真空开关作为开断元件时,真空灭弧室波纹管在高气压差环境下,承受开关高合分闸速度作用,其机械可靠性将成为影响GIS机械可靠性关键因素。然而,目前真空开关合分闸速度对波纹管疲劳寿命的影响研究尚属空白。文中旨在研究高气压环境下真空开关分闸速度对波纹管疲劳寿命的影响。以40.5 kV商用真空灭弧室波纹管作为研究对象,采用流固耦合方法,获得了波纹管在0.1~0.4 MPa气压差,以及1.0~4.0 m/s压缩速度条件下,波纹管的瞬态相对位移、瞬态等效应力分布,以及疲劳寿命,并进行了实验验证。结果显示:当波纹管分闸速度保持一定时,波纹管最大等效应力值随其内外压差的增大而提高;而当波纹管内部气压保持一定时,波纹管最大等效应力随压缩速度线性增加;波纹管压缩过程中应力波的传播与反射易造成波纹管局部应力的集中和阶跃式增大,其局部最大等效应力最大可增至1 500 MPa;高气压差条件下,波纹管压缩速度较高时,其机械寿命急剧降低,当压缩速度为4.0 m/s,气压差为0.4 MPa时,波纹管疲劳寿命仅为804次。

关键词：波纹管真空灭弧室气压差分闸速度疲劳寿命

快速真空断路器分闸速度对短路电流开断燃弧时间窗口的影响

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高压电器 2020年第5期56卷 8-12页

作者：艾绍贵姚晓飞史雯马云龙李秀广赵冠楠周秀樊益平国网宁夏电力有限公司电力科学研究院银川750002 西安交通大学电力设备与电气绝缘国家重点实验室西安710049 国网宁夏电力有限公司宁东供电公司宁夏灵武750409

快速真空断路器由于其具有分闸时间短、分散性低等优势,便于电力系统短路故障选相快速开断的实现。然而,现阶段关于快速真空断路器短路电流可靠开断燃弧时间区间的研究仍属空白。文中目标旨在研究快速真空断路器分闸速度对其可靠开断的... 详细信息

快速真空断路器由于其具有分闸时间短、分散性低等优势,便于电力系统短路故障选相快速开断的实现。然而,现阶段关于快速真空断路器短路电流可靠开断燃弧时间区间的研究仍属空白。文中目标旨在研究快速真空断路器分闸速度对其可靠开断的燃弧时间区间的影响。实验采用直径为58 mm、材料为CuCr50的平板触头。快速真空断路器分闸速度分别设置为2.5、3.5、4.5 m/s。实验依据国家标准GB/T 1984—2014关于40.5 kV T100s(b)试验方式进行。结果显示,随着快速真空断路器分闸速度的提升,其可靠开断的最短燃弧时间和最长燃弧时间呈降低趋势。研究结果可为快速真空断路器短路电流可靠选相开断策略的制定提供理论依据和技术支撑。

关键词：燃弧时间窗口分闸速度快速真空断路器选相开断

基于Zernike矩的真空开关分闸速度检测

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真空科学与技术学报 2017年第1期37卷 44-49页

作者：董华军冯雨刘嘉航宇佳媛郭方准大连交通大学机械工程学院大连116028 国家电网平高集团有限公司平顶山467001

真空开关分闸速度对真空电弧形态和弧后介质强度的恢复速度有重要影响,实现其分闸速度高精度检测并研究分闸速度对电弧特性影响是真空开关领域重要课题之一。为实现触头分闸速度高精度检测,本文提出用Zernike矩算法从真空开关分闸序列... 详细信息

真空开关分闸速度对真空电弧形态和弧后介质强度的恢复速度有重要影响,实现其分闸速度高精度检测并研究分闸速度对电弧特性影响是真空开关领域重要课题之一。为实现触头分闸速度高精度检测,本文提出用Zernike矩算法从真空开关分闸序列图像中精确跟踪动触头位置,进而计算出触头分闸速度的检测方法。首先利用Canny算子对所有可能的电弧边缘进行像素级定位,缩小精确定位的检测范围,然后用Zernike矩算子对所有可能的电弧边缘重新检测,最后实现触头分闸速度的亚像素级精确测量。实验结果表明:本算法能够高效的实现真空开关分闸速度的高精度检测,动触头边缘定位能精确到小数点后两位,算法运行速度较像素级精度提高了35%。

关键词：真空电弧图像 Zernike矩分闸速度亚像素边缘检测

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基于图像亚像素真空开关分闸速度的检测

真空科学与技术学报 2016年第12期36卷 1363-1367页

作者：董华军孙强司明月冯雨郭英杰郭方准大连交通大学机械工程学院大连116028 国家电网平高集团有限公司平顶山467001

操动机构运动参数是影响真空开关开断性能的重要因素之一,如何高精度检测操动机构运动参数是该领域重要研究课题。本文以操动机构分闸速度为研究对象,据电弧实验触头运动序列图像中电弧边缘与触头边缘重合的特点,分别采用二次多项式插... 详细信息

操动机构运动参数是影响真空开关开断性能的重要因素之一,如何高精度检测操动机构运动参数是该领域重要研究课题。本文以操动机构分闸速度为研究对象,据电弧实验触头运动序列图像中电弧边缘与触头边缘重合的特点,分别采用二次多项式插值法、灰度矩法亚像素边缘检测法对动触头精确定位,实现真空电弧亚像素边缘点提取,采用霍夫变换剔除干扰点,而后对有效的电弧边缘点拟合,得到电弧真正的边缘位置,最后用帧间平均速度代替触头运动瞬时速度。结果表明,基于灰度矩的亚像素边缘检测法对动触头定位精度可达0.01~0.35像素,且分闸速度拟合曲线较平滑,拟合误差较小,且其检测精度具有一定的稳定性,可行性好。

关键词：真空开关分闸速度边缘检测亚像素

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高压断路器分闸速度特性的计算机辅助计算

高压电器 1993年第2期29卷 17-21页

作者：贾缝钧蔡志远赵军民沈阳工业大学 110021

从高压断路器传动系统的运动方程式出发,推导出了适用于计算机辅助计算分闸速度的方程组,并在此基础上给出了相应的软件设计方法。

关键词：断路器分闸速度 CAD

基于Zernike矩的真空开关分闸速度检测研究

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基于Zernike矩的真空开关分闸速度检测研究

作者：冯雨大连交通大学

学位级别：硕士

真空开关电弧是由动、静触头分合闸产生的,在触头分闸过程中电、热和磁过程的变化及其相互作用,都将对电流过零后能否成功熄灭电弧产生极大影响。而动、静触头的分闸运动是在操动机构驱动下完成的,触头的分闸速度对电弧燃烧过程有着重... 详细信息

真空开关电弧是由动、静触头分合闸产生的,在触头分闸过程中电、热和磁过程的变化及其相互作用,都将对电流过零后能否成功熄灭电弧产生极大影响。而动、静触头的分闸运动是在操动机构驱动下完成的,触头的分闸速度对电弧燃烧过程有着重要的影响,因此在对真空开关电弧研究同时深入研究触头分闸速度对电弧特性的影响十分必要。分闸速度检测的原理是在触头图像中精确定位触头位置,在分闸序列图像中追踪动触头的运动过程,测量出触头的帧间位移,进而计算出分闸速度曲线。利用真空电弧边缘与触头边缘重合的特点,通过检测较为明亮的电弧边缘的方法便可定位到触头的位置。只要能够实现电弧的边缘的精确定位便可实现动触头追踪。触头分闸拉弧的实验方式与真空断路器的实际工作方式较为接近,故本文设计了触头分闸拉弧的主实验合成回路以及永磁操动机构的控制合成回路。选用CMOS对真空电弧的燃烧过程序列图像进行采集,得到了434帧分闸电弧图像。结合采集到的电弧图像,对电弧燃烧不同阶段的电弧形态演变进行定性分析,深入解释了不同阶段电弧形态化和弧柱亮度变化的原因。在对电弧边缘精确定位之前,还需要对触头图像进行预处理。中值滤波对滤除触头图像的噪音效果良好;伪彩色和假彩色对触头图像的增强改善了触头图像的视觉效果,强化了图像中电弧的细节特征。在对电弧边缘检测时发现,Canny算子定位精度高、抗噪能力强,较其它算子检测电弧边缘效果更好。为了保证电弧边缘检测精度和效率,在对电弧边缘精确定位时,先通过Canny算子对所有可能的电弧边缘进行像素级定位,缩小精确定位的检测范围,然后用Zernike矩对所有可能的电弧边缘精确检测,得到动触头亚像素精度的边缘,在滤除由触头斜槽引起的偏差点后,进行直线拟合进而得到动触头纵坐标,计算出帧间位移,再用帧间平均速度代替触头瞬时速度,最终实现分闸速度的高精度测量。实验结果表明,Zernike矩定位的电弧边缘能精确到小数点后两位,尤其在速度变化剧烈的触头刚分阶段能准确跟踪动触头位置;与像素精度算法相比,本方法在保证精度的前提下运算速率提高了35%;检测结果稳定性高,速度测量结果不受操动机构的选择影响。

关键词：真空开关分闸速度 Zernike矩边缘检测

同方学位论文库评论

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基于图像亚像素真空开关分闸速度的检测

基于图像亚像素真空开关分闸速度的检测

作者：孙强大连交通大学

学位级别：硕士

真空开关分闸速度即操动机构运行速度,对真空开关电弧形态以及真空开关使用性能起着重要作用。近年来,随着真空开关向高电压、大容量领域渗透,迫切需要解决的一个技术难题就是如何选择合适速度参数的操动机构。操动机构具有运行时间短... 详细信息

真空开关分闸速度即操动机构运行速度,对真空开关电弧形态以及真空开关使用性能起着重要作用。近年来,随着真空开关向高电压、大容量领域渗透,迫切需要解决的一个技术难题就是如何选择合适速度参数的操动机构。操动机构具有运行时间短、加速度高、行程短等特点,这给其运动参数诊断带来较大困难,传统的真空开关分闸速度检测方法主要有光栅传感器检测法和外加电容分析法。运用这些方法可实现分闸速度计算,但是检测精度不高,难以实现触头运动速度对电弧形态变化影响的研究。本文以操动机构分闸速度为研究对象,运用数字图像处理技术对触头运动序列图像进行边缘检测,识别动触头位置,得到帧间动触头位移。根据动触头位移及帧间图像时间间隔,进而计算动触头分闸速度。通过实验采集得到的电弧触头运动序列图像具有亮度高、变化剧烈、噪声大等特点,本文根据电弧边缘与触头边缘重合的特点,利用二次多项式插值亚像素边缘检测法检测电弧边缘,提取电弧亚像素边缘点并用霍夫投票剔除干扰点,对剩余的边缘点进行直线拟合,即可得到电弧真正的边缘位置。这样就避免了在图像中直接进行触头目标识别,将问题转化为边缘检测问题,最后用v=s/t计算帧间平均速度代替触头瞬时速度。检测结果表明,该算法检测速度快,可行性良好。根据电弧图像的边缘近似为理想边缘阶跃模型,本文采用了基于灰度矩的亚像素边缘检测方法,通过采用7×7卷积模板与电弧图像做卷积,求得电弧边缘的归一化参数,得到电弧亚像素边缘点并用霍夫变换剔除干扰点,最后用直线拟合法得到电弧真正的边缘位置及动触头位移。同样用帧间平均速度代替触头瞬时速度,得到操动机构分闸速度。。检测结果表明,该算法对电弧边缘的定位精度可达到0.01～0.35像素,同时,拟合的分闸速度曲线较平滑,拟合误差较小。分析表明,基于灰度矩的亚像素边缘检测法对触头的定位精度高于二次多项式插值法的定位精度,拟合的分闸速度曲线与实际速度曲线吻合更好。本文对触头序列运动图像中的触头分闸速度检测进行了深入的研究和分析,将两种经典的亚像素边缘检测方法应用于分闸速度检测,最后找出一种精度更高的方法。结果表明,基于灰度矩的亚像素边缘检测法具有一定的精确性和稳定性,为真空开关分闸速度检测提供了一种新方法,同时检测精度也有很大提高。

关键词：真空开关分闸速度边缘检测亚像素