本发明专利技术提供一种快速接地开关机械特性的检测与拟合装置及方法，涉及电力保护设备技术领域。装置包括传动装置、操动机构、直线式位移传感器、数字信号采集单元、中央处理器和PC机；方法包括：对快速接地开关分(合)闸过程进行实时监测；直线位移传感器测量位移的电压信号；数据采集单元进行采集信号的缩小、模数转换；中央处理器对数字信号进行处理，输出位移信号，传入PC机；将数据输入Matlab中，通过专用工具箱进行拟合，得到理想的机械特性曲线。本发明专利技术的检测与拟合装置操作简单、经济，通过软件拟合工具直接进行拟合，拟合结果更符合快速接地开关的实际运动过程。
【技术实现步骤摘要】
一种快速接地开关机械特性的检测与拟合装置及方法
本专利技术涉及电力保护设备
，尤其涉及一种快速接地开关机械特性的检测与拟合装置及方法。
技术介绍
近年来，随着输电线路电压等级的提高、输送长度变长、导线间距大，潜供电弧的产生概率逐渐增大，潜供电弧能否熄灭直接影响线路的重合闸。快速接地开关一般包括动触头、静触头、静端屏蔽罩和动端屏蔽罩，上述器件均安装在一个拐臂盒内，盒内充有SF6气体，拐臂盒外壳装有接地端子。快速接地开关由于具有开合感应电流的能力，因此能够抑制输电线路上的产生潜供电弧，进而大大线路重合闸的成功率。气体电弧的熄灭与其周围的气流状况一定关系，快速接地开关触头在不同机械特性的作用下，触头附近的气流不断变化，直接影响电弧的熄灭，进而影响快速接地开关的灭弧能力；此外，快速接地开关机械机构的故障会使机械特性异常，从而产生拒开合或误操作的情况，使快速接地开关不能正常工作。因此，对快速接地开关机械特性的实时监测，可以提高其运行的可靠性；同时，优化快速接地开关机械特性可提高其熄灭潜供的电弧的能力。传统快速接地开关机械特性检测装置往往存在操作过程复杂，检测过程受振动干扰的影响，这样检测到的机械特性往往具有噪声且杂乱无章；此外，现有对无规律性的离散数据常采用特定算法算法，涉及公式推导复杂，过程冗长，因此，设计一种操作简单、抗振动快速接地开关的机械特性检测装置，并将检测数据准确地拟合成光滑、有规律的机械特性曲线显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种快速接地开关机械特性的检测与拟合装置及方法，装置的各部分连接简单，输入量提取、输出量保存导出方便，整个装置非常智能化、经济环保，拟合方法能根据快速接地开关实际运动情况为拟合基础，使最后得到的机械特性更为合理化、规律化。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一方面，本专利技术提供一种快速接地开关机械特性的检测与拟合装置，包括传动装置、操动机构、直线式位移传感器、数字信号采集单元、中央处理器和PC机；所述传动装置包括传动杆、导向、连板和拐臂；所述快速接地开关的动触头上端通过连板与导向第一端相连，导向第一端同时与拐臂一端相连，拐臂另一端固定在拐臂盒上端内部；导向第二端穿过拐臂盒外壳连至外部的传动杆一端，传动杆另一端连接所述操动机构；所述操动机构为弹簧操动机构；所述直线式位移传感器固定在传动杆上；所述数字信号采集单元包括运算放大器和A/D转换器；所述运算放大器输入端连接直线式位移传感器输出端，用于将直线式位移传感器输出的电压信号进行缩小；所述A/D转换器输入端连接所述运算放大器输出端，所述A/D转换器输出端连接中央处理器，用于将直线式位移传感器输出的电压信号经运算放大器后进行模数转换，将转换后的数字信号输入到中央处理器中；所述中央处理器采用单片机，其输出端连接PC机，用于将电压信号转化为位移信号，并计算得到任意时刻速度值，最后将位移、速度值结果放大，得到初步采集结果输入PC机中进行拟合处理；所述PC机中存储有计算机可执行的拟合优化程序，根据单片机得到的位移、速度和时间值，利用MATLAB中的拟合工具箱对原始样本数据进行拟合优化，确定最佳拟合曲线，得到理想的机械特性曲线。进一步地，单片机中计算得到任意时刻速度值的公式如下所示：其中，vn为第n组数据时的瞬时速度，tn和sn分别为第n组数据对应的时间和行程，tn-1和sn-1分别为第n-1组数据对应的时间和行程。进一步地，所述单片机与PC机数据传输通过双组驱动器/接收器和通讯接口进行。另一方面，本专利技术还提供一种快速接地开关机械特性的检测与拟合方法，采用上述的装置实现，该方法具体包括以下步骤：步骤1：启动操动机构电机使快速接地开关进行分闸或合闸操作；步骤2：通过直线位移传感器实时采集直线机械位移量，并转换成电压信号；步骤3：通过数字信号处理单元将采集的电压信号进行缩小、模数转换；步骤4：通过单片机内部运算处理得到位移值；步骤5：在单片机中计算任意时刻速度；步骤6：将单片机处理后的位移、速度、时间值传递给PC机；步骤7：在PC机中，利用MATLAB中的拟合工具箱对原始样本数据进行拟合优化，具体方法为：步骤7.1：将单片机处理后的数据导入MATLAB的拟合工具箱中，建立以行程或速度作为纵轴，时间作为横轴的二维拟合坐标系；步骤7.2：在拟合工具箱中选取不同类型的拟合曲线进行拟合；步骤7.3：将不同类型的拟合函数拟合后的曲线与拟合前的原始数据对比，选择更接近于拟合前的原始数据的曲线作为最佳拟合曲线，得到理想的机械特性曲线。进一步地，所述步骤5中计算任意时刻速度的公式为：其中，vn为第n组数据时的瞬时速度，tn和sn分别为第n组数据对应的时间和行程，tn-1和sn-1分别为第n-1组数据对应的时间和行程。进一步地，所述步骤6中单片机与PC机之间的数据传递通过双组驱动器/接收器和通讯接口进行。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术提供的一种快速接地开关机械特性的检测与拟合装置及方法，针对快速接地开关进行分、合闸条件下，通过位移传感器、数字信号采集单元、中央处理器和PC机的配合工作即可实时检测机械特性，装置的各部分连接简单，输入量提取、输出量保存导出方便，整个装置非常智能化、经济环保；同时本专利技术提供的拟检测与拟合方法不同于前人对离散信号的处理，根据快速接地开关实际运动情况为拟合基础，使最后得到的机械特性更为合理化、规律化。附图说明图1为本专利技术实施例提供的快速接地开关机械特性的检测与拟合装置结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的数字信号采集单元和中央处理器的电路连接图；图3是本专利技术实施例提供的快速接地开关的机械特性检测与拟合方法流程图；图4是本专利技术实施例提供的分闸情况下带有噪声(拟合前)的速度-时间特性变化图；图5是本专利技术实施例提供的一阶高斯函数和四阶傅里叶函数拟合方法下的速度-时间特性变化图。图中：1、动触头；2、静触头；3、静端屏蔽罩；4、动端屏蔽罩；5、静触头座；6、拐臂盒；7、接地端子；8、传动杆；9、导向；10、连板；11、拐臂；12、操动机构；13、直线式位移传感器；14、数字信号采集单元；15、中央处理器；16、PC机。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。如图1所示，本实施例提供一种快速接地开关机械特性的检测与拟合装置，包括：传动装置、操动机构12、直线式位移传感器13、数字信号采集单元14、中央处理器15以及PC机16。被测快速接地开关包括动触头1、静触头2、静端屏蔽罩3、动端屏蔽罩4、静触头座5，上述器件均安装在拐臂盒5内，充有SF6气体，拐臂盒外壳装有接地端子6；所述动触头1和静触头2材料为铜、钨合金，动触头1倒角半径为3mm，形状呈六瓣型，端部打磨光滑，静触头2棒体直径为15mm；静触头倒角半径为6mm，下方固定安装在静触头座5上。传动装置包括传动杆8、导向9、连板10和拐臂11。动触头1上端通过连板10与导向9相连，导向9一方面经拐臂盒外壳连至外部传动杆8，另一方面与拐臂11相连，拐臂11另一端固定的拐臂盒5上端内部。传动杆8一端间接由操动机构12驱动，操动机构电12机给本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种快速接地开关机械特性的检测与拟合装置，其特征在于：该装置包括传动装置、操动机构(12)、直线式位移传感器(13)、数字信号采集单元(14)、中央处理器(15)和PC机(16)；所述传动装置包括传动杆(8)、导向(9)、连板(10)和拐臂(11)；所述快速接地开关的动触头上端通过连板(10)与导向(9)第一端相连，导向(9)第一端同时与拐臂(11)一端相连，拐臂(11)另一端固定在拐臂盒上端内部；导向(9)第二端穿过拐臂盒外壳连至外部的传动杆(8)一端，传动杆(8)另一端连接所述操动机构(12)；所述操动机构(12)为弹簧操动机构；所述直线式位移传感器(13)固定在传动杆(8)上；所述数字信号采集单元(14)包括运算放大器和A/D转换器；所述运算放大器输入端连接直线式位移传感器(13)输出端，用于将直线式位移传感器(13)输出的电压信号进行缩小；所述A/D转换器输入端连接所述运算放大器输出端，所述A/D转换器输出端连接中央处理器(15)，用于将直线式位移传感器(13)输出的电压信号经运算放大器后进行模数转换，将转换后的数字信号输入到中央处理器(15)中；所述中央处理器(15)采用单片机，其输出端连接PC机(16)，用于将电压信号转化为位移信号，并计算得到任意时刻速度值，最后将位移、速度值结果放大，得到初步采集结果输入PC机(16)中进行拟合处理；所述PC机(16)中存储有计算机可执行的拟合优化程序，根据单片机得到的位移、速度和时间值，利用MATLAB中的拟合工具箱对原始样本数据进行拟合优化，确定最佳拟合曲线，得到理想的机械特性曲线。...
【技术特征摘要】
1.一种快速接地开关机械特性的检测与拟合装置，其特征在于：该装置包括传动装置、操动机构(12)、直线式位移传感器(13)、数字信号采集单元(14)、中央处理器(15)和PC机(16)；所述传动装置包括传动杆(8)、导向(9)、连板(10)和拐臂(11)；所述快速接地开关的动触头上端通过连板(10)与导向(9)第一端相连，导向(9)第一端同时与拐臂(11)一端相连，拐臂(11)另一端固定在拐臂盒上端内部；导向(9)第二端穿过拐臂盒外壳连至外部的传动杆(8)一端，传动杆(8)另一端连接所述操动机构(12)；所述操动机构(12)为弹簧操动机构；所述直线式位移传感器(13)固定在传动杆(8)上；所述数字信号采集单元(14)包括运算放大器和A/D转换器；所述运算放大器输入端连接直线式位移传感器(13)输出端，用于将直线式位移传感器(13)输出的电压信号进行缩小；所述A/D转换器输入端连接所述运算放大器输出端，所述A/D转换器输出端连接中央处理器(15)，用于将直线式位移传感器(13)输出的电压信号经运算放大器后进行模数转换，将转换后的数字信号输入到中央处理器(15)中；所述中央处理器(15)采用单片机，其输出端连接PC机(16)，用于将电压信号转化为位移信号，并计算得到任意时刻速度值，最后将位移、速度值结果放大，得到初步采集结果输入PC机(16)中进行拟合处理；所述PC机(16)中存储有计算机可执行的拟合优化程序，根据单片机得到的位移、速度和时间值，利用MATLAB中的拟合工具箱对原始样本数据进行拟合优化，确定最佳拟合曲线，得到理想的机械特性曲线。2.根据权利要求1所述的快速接地开关机械特性的检测与拟合装置，其特征在于：所述单片机中计算得到任意时刻速度值的公式如下所示：其中，vn为第n组数据时的瞬时速度，t...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘振祥，徐建源，林莘，庚振新，夏亚龙，孙广雷，刘鹏飞，滕云龙，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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