一种低压电控柜元器件装配数据校验方法及系统与流程

本发明涉及数据一致性校验，尤其涉及一种低压电控柜元器件装配数据校验方法及系统。

背景技术：

1、目前，低压电控柜在完成断路器、接触器、刀开关、母排和绝缘隔板等元器件安装及二次接线后，通常依据电气原理图、bom明细表和柜体设计模型中的名义间距，对相间、对地以及不同电位元器件之间的电气间隙和爬电距离进行核查；现场质检人员一般使用卷尺、塞尺、激光测距仪或专用样板，在母排搭接面、端子出线部位、绝缘隔板边缘等关键点进行抽样测量，并以工频耐压试验作为整柜绝缘性能的最终验证手段。这种以名义几何尺寸和人工选点为主的处理路径，测量结果高度依赖人员经验，且所测路径多为直线或规则曲面，无法完整描述合装后柜内复杂表面形态，因此只能反映少数典型截面是否符合设计值，难以覆盖安装偏差和异形结构共同作用下的最危险绝缘路径。

2、例如，在低压电控柜合装完成后，断路器、母排、绝缘隔板等部件因安装误差、紧固力矩不一致或运输振动会出现相对位置偏移；绝缘隔板注塑飞边、母排折弯圆角、金属紧固件孔洞边缘以及替换器件的端子高度不一致等异形特征，会形成局部凸起、凹槽或尖端。当相间或对地间隙恰好位于上述区域时，设计图纸中的名义间距往往仍显示满足标准，但实际最小电气间隙已经被压缩；爬电距离沿绝缘隔板表面或器件外壳表面延伸，受凸起、孔洞边缘、粗糙度和污染状态影响，实际有效爬电路径与名义路径存在明显差异，人工抽测难以准确选取最恶劣路径。若仅按名义间距和少量实测点判断合格，局部爬电距离不足或电场集中引起的绝缘薄弱点容易被漏判，轻则导致工频耐压试验反复不合格，重则在长期运行中发展为相间闪络、对地击穿或绝缘隔板沿面放电，危及设备和人员安全。

3、因此，亟需一种低压电控柜元器件装配数据校验方法，在低压电控柜合装完成后、面对安装偏差和异形外壳造成的实际间距变化的情况下，依然能够利用装配后实测位置和外形数据自动识别不同电位分组，提取绝缘表面凸起和替换器件偏移，并沿实际表面计算最小电气间隙与爬电距离，对不满足绝缘标准的部位发出预警并给出修复建议，以提高现场装配校验的覆盖性、一致性和可靠性，降低耐压试验不合格和运行绝缘失效的风险。

技术实现思路

1、针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提出一种低压电控柜元器件装配数据校验方法，旨在解决现有技术中依据名义间距和人工抽测难发现局部爬电距离不足，尤其是在合装后相间、对地及不同电位元器件间距受安装偏差、异形凸起或替换器件影响条件下，无法实现最小电气间隙与爬电距离自动校验，以解决绝缘失效或耐压试验不合格的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：本发明提供一种低压电控柜元器件装配数据校验方法。

3、所述一种低压电控柜元器件装配数据校验方法包括：

4、步骤s10：获取低压电控柜合装实测三维表面数据，基于所述低压电控柜合装实测三维表面数据，采用统计滤波与迭代最近点配准的自适应体素降采样机制执行点云预处理任务，输出降采样实测点云；

5、步骤s20：基于所述降采样实测点云，采用深度语义分割与电气拓扑电位标签传播机制执行元器件电位分组和替换偏移识别任务，输出标记电位分组实测点云；

6、步骤s30：基于所述标记电位分组实测点云，采用曲率自适应网格重建与方向凸起指数提取机制执行绝缘表面特征提取任务，输出绝缘表面特征数据；

7、步骤s40：基于所述绝缘表面特征数据，采用有向距离场与狄杰斯特拉最短路径计算的绝缘距离校验机制执行绝缘距离校验任务，输出绝缘距离校验结果；

8、步骤s50：根据所述绝缘距离校验结果，采用失效概率映射与约束优化修复机制执行风险预警和修复建议生成任务，输出风险点标注与修复建议。

9、优选地，步骤s10中，获取低压电控柜合装实测三维表面数据，基于所述低压电控柜合装实测三维表面数据，采用统计滤波与迭代最近点配准的自适应体素降采样机制执行点云预处理任务，输出降采样实测点云的步骤，具体包括：

10、步骤s101：对所述低压电控柜合装实测三维表面数据进行统计滤波，计算各实测点的邻域欧氏距离统计量，并基于预设离群点判定规则剔除离群点，得到去噪点云；

11、步骤s102：基于所述去噪点云，读取低压电控柜的cad名义模型，将去噪点云与cad名义模型进行迭代最近点配准并统一至柜体框架坐标系，得到配准点云；

12、步骤s103：基于所述配准点云，以局部特征尺度的三分之一和cad设计名义间隙值的五分之一中的较小值作为初始体素尺寸，其中，局部特征尺度取局部曲率半径和扫描仪单点测量标准差两倍值中的较小值；以初始体素尺寸为采样参数，对配准点云进行体素降采样，并以实测点单位法向量与局部曲面拟合单位法向量之间差值的均方根作为特征保持误差；在特征保持误差大于预设特征保持误差阈值时，对对应体素进行八叉树细分，直至特征保持误差不大于预设特征保持误差阈值或者体素尺寸达到扫描仪单点测量标准差的二分之一，得到所述降采样实测点云。

13、优选地，步骤s20中，基于所述降采样实测点云，采用深度语义分割与电气拓扑电位标签传播机制执行元器件电位分组和替换偏移识别任务，输出标记电位分组实测点云的步骤，具体包括：

14、步骤s201：获取低压电控柜的可见光图像，将所述可见光图像与所述降采样实测点云进行融合，并对融合结果进行语义分割，得到带有元器件类型标签的导电体点云簇；

15、步骤s202：基于所述带有元器件类型标签的导电体点云簇，读取低压电控柜电气原理图和物料清单，依据电气原理图和物料清单中的元器件端子及导线或母排连接关系构建电位节点图；将导电体点云簇与电位节点图的节点匹配，沿电气连接边传播电位标签，并在导电体被绝缘护罩局部遮挡时依据电位节点图的邻接关系确定对应电位标签，得到电位分组点云；

16、步骤s203：基于所述电位分组点云，将电位分组点云与物料清单对应的cad名义模型进行鲁棒配准，得到坐标变换关系；利用所述坐标变换关系计算局部空间块偏差和全局鲁棒偏差，将局部空间块偏差和全局鲁棒偏差分别与对应的预设偏差阈值进行比较，并标记超过对应预设偏差阈值的替换器件或偏移器件，得到所述标记电位分组实测点云。

17、优选地，步骤s203中，基于所述坐标变换关系计算所述局部空间块偏差，局部空间块偏差的计算式为：

18、

19、其中，表示第个局部空间块偏差，单位为毫米，表示第个局部空间块的点集，表示所述点集中的点数量，表示点索引，表示所述降采样实测点云中的第个实测点坐标，单位为毫米，表示cad名义模型中与第个实测点对应的最近点坐标，单位为毫米，表示鲁棒配准得到的坐标变换算子；将局部空间块偏差与预设局部空间块偏差阈值进行比较，并将超过预设局部空间块偏差阈值的对应元器件确定为替换器件或偏移器件。

20、优选地，步骤s30中，基于所述标记电位分组实测点云，采用曲率自适应网格重建与方向凸起指数提取机制执行绝缘表面特征提取任务，输出绝缘表面特征数据的步骤，具体包括：

21、步骤s301：基于所述标记电位分组实测点云，对带电体表面和绝缘体表面进行曲率自适应三角网格重建，并对标记为替换器件或偏移器件的区域以及法向量变化角超过预设特征边角度阈值的特征边进行各向异性网格细化，得到绝缘表面三角网格；

22、步骤s302：基于所述绝缘表面三角网格，计算各网格顶点的平均曲率和高斯曲率，提取不同电位组之间的最近点对，并将由第一电位组最近点指向第二电位组最近点的单位向量确定为最近点对方向向量，得到曲率与方向特征数据；

23、步骤s303：基于所述曲率与方向特征数据，以网格顶点相对局部基准面的投影高度和平均曲率为计算参数，确定方向凸起指数；以边缘曲率强度和预设电场集中放大系数为计算参数，确定边缘电场集中因子，并以方向凸起指数与边缘电场集中因子的乘积作为风险凸起指数；将风险凸起指数与预设风险凸起指数阈值进行比较，标记超过预设风险凸起指数阈值的高风险异形凸起，将绝缘表面三角网格、最近点对方向向量和高风险异形凸起标记组合，得到所述绝缘表面特征数据。

24、优选地，步骤s40中，基于所述绝缘表面特征数据，采用有向距离场与狄杰斯特拉最短路径计算的绝缘距离校验机制执行绝缘距离校验任务，输出绝缘距离校验结果的步骤，具体包括：

25、步骤s401：基于所述绝缘表面特征数据，对不同电位组的带电体表面建立有向距离场，以第一带电体表面各点在第二带电体表面有向距离场中的最小值作为最小电气间隙；将扫描仪单点测量标准差、带电体热膨胀量和点云配准残差输入综合不确定度计算过程，得到综合不确定度；将高风险异形凸起标记和网格重建误差输入形状置信修正过程，得到形状置信修正项，并从最小电气间隙中扣除综合不确定度和形状置信修正项，得到有效电气间隙；将基准电气间隙值、电场不均匀度修正系数和海拔修正系数输入电气间隙要求值计算过程，得到电气间隙要求值；

26、步骤s402：基于所述有效电气间隙，在绝缘表面三角网格上构建加权图；将各网格边的长度、局部平均曲率、绝缘表面粗糙度、沿边切线方向的电场强度分量以及金属紧固件孔洞状态输入网格边权重计算过程，得到网格边权重；采用狄杰斯特拉最短路径算法对连接不同电位组的绝缘表面路径所包含的网格边权重求和，并将最小权重和确定为有效爬电距离，得到有效绝缘距离数据；

27、步骤s403：基于所述有效绝缘距离数据，将基准爬电距离值、海拔修正系数以及由绝缘材料相对漏电起痕指数确定的材料修正系数输入爬电距离要求值计算过程，得到爬电距离要求值；将有效电气间隙与电气间隙要求值进行比较，并将有效爬电距离与爬电距离要求值进行比较；将有效电气间隙、有效爬电距离、电气间隙要求值、爬电距离要求值及比较结果组合，得到所述绝缘距离校验结果。

28、优选地，步骤s50中，根据所述绝缘距离校验结果，采用失效概率映射与约束优化修复机制执行风险预警和修复建议生成任务，输出风险点标注与修复建议的步骤，具体包括：

29、步骤s501：从所述绝缘距离校验结果中获取各风险点的有效距离和距离要求值，以有效距离与距离要求值之差除以距离要求值，得到局部裕度；基于所述局部裕度，执行失效概率映射，得到失效概率，失效概率的计算式为：

30、

31、其中，表示第个风险点的失效概率，表示风险点索引，表示预设概率陡度系数，表示第个风险点的局部裕度，表示预设临界裕度；失效概率、概率陡度系数、局部裕度和临界裕度均为无量纲量；

32、步骤s502：基于所述失效概率，以各风险点的重要度权重对失效概率的预设风险放大幂次进行加权求和，得到整柜综合风险指数；将整柜综合风险指数与预设整柜预警阈值进行比较，并在整柜综合风险指数超过预设整柜预警阈值时生成风险预警；以可调导体位移量和绝缘屏障厚度为修复变量，以修复总代价最小为优化目标，并以修复后的有效距离不小于对应距离要求值为约束，得到修复优化结果；

33、步骤s503：基于所述修复优化结果，在采用绝缘屏障进行修复时，以距离要求值与当前有效距离之差除以屏障材料有效电气强度系数，确定所需绝缘屏障厚度；将风险预警、修复变量的优化值和所需绝缘屏障厚度映射至低压电控柜三维模型，得到所述风险点标注与修复建议。

34、本发明还提供一种低压电控柜元器件装配数据校验系统，包括：

35、点云预处理模块，用于获取低压电控柜合装实测三维表面数据，基于所述低压电控柜合装实测三维表面数据，采用统计滤波与迭代最近点配准的自适应体素降采样机制执行点云预处理任务，输出降采样实测点云；

36、电位分组与替换识别模块，用于基于所述降采样实测点云，采用深度语义分割与电气拓扑电位标签传播机制执行元器件电位分组和替换偏移识别任务，输出标记电位分组实测点云；

37、绝缘表面特征提取模块，用于基于所述标记电位分组实测点云，采用曲率自适应网格重建与方向凸起指数提取机制执行绝缘表面特征提取任务，输出绝缘表面特征数据；

38、绝缘距离校验模块，用于基于所述绝缘表面特征数据，采用有向距离场与狄杰斯特拉最短路径计算的绝缘距离校验机制执行绝缘距离校验任务，输出绝缘距离校验结果；

39、风险预警与修复建议模块，用于根据所述绝缘距离校验结果，采用失效概率映射与约束优化修复机制执行风险预警和修复建议生成任务，输出风险点标注与修复建议。

40、本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括低压电控柜元器件装配数据校验程序，所述低压电控柜元器件装配数据校验程序被处理器执行时实现上述方法。

41、本发明的有益效果在于：

42、通过统计滤波剔除实测点云中的离群点，并利用迭代最近点配准将去噪点云统一至柜体框架坐标系，再以局部特征尺度和设计名义间隙共同约束的自适应体素降采样保留绝缘表面细节，使后续语义分割和网格重建所依据的点云既具备坐标一致性又保留异形凸起等微小特征，从而减少因扫描噪声和配准偏差导致的绝缘距离误判，提高最小电气间隙与爬电距离计算的可靠性。

43、通过深度语义分割与电气拓扑电位标签传播，将导电体点云簇与电气原理图和物料清单中的电位节点匹配，并在绝缘护罩遮挡时依据邻接关系补全电位标签，同时利用鲁棒配准得到的坐标变换关系计算局部空间块偏差和全局鲁棒偏差，使替换器件或安装偏移器件被自动标记，从而确保后续绝缘距离校验针对实际电位分组和实际装配位置进行，避免因器件替换或偏移造成不同电位间距离被低估或漏检。

44、通过曲率自适应网格重建和方向凸起指数提取，在绝缘表面三角网格上标记高风险异形凸起，并利用有向距离场计算有效电气间隙、利用狄杰斯特拉最短路径沿实际绝缘表面计算有效爬电距离，再结合综合不确定度和形状置信修正对距离值进行保守修正，使校验结果反映真实最危险绝缘路径而非名义几何尺寸，从而在整柜综合风险指数超过预警阈值时生成风险预警和修复建议，降低工频耐压试验不合格和长期运行绝缘失效的风险。