一种中压柔性电缆快速连接器及其自动感温实时监测方法与流程

1.本发明涉及中压旁路不停电作业相关技术领域，尤其是指一种中压柔性电缆快速连接器及其自动感温实时监测方法。


背景技术：

2.配网带电作业是国际先进电网企业提升供电可靠性的重要措施，在减少预安排停电时间和停电次数、提升客户用电体验等方面有着重要的作用。但常规配网带电作业一般在配电线路不带负荷的情况下开展，需要小范围停电，无法实现对客户不间断供电，这在一定程度上影响电网企业对客户的服务质量。为减少客户停电时间，提升配网精益化管理水平，有必要开展真正的配网不停电作业。经过近年持续推进，我国不停电作业规模、项目、标准规范数量及涵盖内容均显著提升，2018年国网共开展配电不停电作业80.1万次，减少停电5651万时
·
户，多供电量约124亿kwh。我国在不停电作业方法、人员技能培训、作业工具装备和技术研发方面开展了深入的研究，取得了一系列创新性成果。其中，国网公司已形成了q/gdw10370—2016《配电网技术导则》、q/gdw 10520—2016《10kv配网不停电作业规范》等标准，为不停电作业安全、高效开展提供了技术依据。但是同发达国家不停电作业相比较，我国配电不停电作业技术在作业范围、人员技能水平、工具装备性能质量等方面还存在较大差距，我国不停电作业对可靠性的提升还有较大空间。因此基于当前我国配网不停电作业实施现状和技术水平，在充分借鉴国外最新不停电作业技术水平的基础上，以配电网全业务不停电作业为目标，加快配电网检修模式升级换代，加强配电不停电作业队伍建设，加速配电不停电作业装备配置提升已经变得十分迫切。旁路作业是指通过旁路设备的接入，将配电线路中的负荷转移至旁路系统，实现待检修设备停电检修的作业方式。该作业方法能更有效地缩短用户停电时间和范围，真正实现对客户的不间断供电，是一种配网不停电检修的有效手段。目前电力系统的旁路不停电作业已经越来越多的由架空线路及相关设备拓展到电缆线路中，针对电缆线路和环网柜的不停电检修及更换等工作已经常态化。
3.随着我国城市电力事业的蓬勃发展，对供电可靠性提出更高的要求。目前，配电电缆及环网柜在配电网中大量应用，配电电缆和电缆之间普遍采取热缩或者冷缩的方式进行连接。这种连接方式存在诸多不便，如：
①
施工不便利，对施工人员素质要求较高，若安装不良极易发生故障；
②
型号不统一，不同电缆之间需要不同型号的电缆附件进行安装；
③
作业时间较长，一次连接的时间需要停电数小时。


技术实现要素：

4.本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种不停电检修的中压柔性电缆快速连接器及其自动感温实时监测方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种中压柔性电缆快速连接器，包括导电紫铜管、内旋式锁定环、半导电橡胶层、绝缘硅橡胶层、铝制外壳和无线感温装置，所述导电紫铜管的外侧面上包覆半导电橡胶层，
所述的半导电橡胶层的外侧面包覆绝缘硅橡胶层，所述的导电紫铜管、半导电橡胶层和绝缘硅橡胶层均置于铝质外壳的内部，所述的无线感温装置安装在铝制外壳上且与导电紫铜管相对应，所述的内旋式锁定环安装在铝制外壳的左右两端外侧面上，所述的无线感温装置置于两个内旋式锁定环之间。
7.该快速连接器主要用于配网中压发电车不停电旁路作业，用于中压10kv应急电源发电车柔性电缆的延长对接。导电紫铜管外面为一层半导电橡胶层，用于隔离电磁和热量扩散，半导体橡胶层外部为具有良好绝缘性能的绝缘硅橡胶层，起到电气的全绝缘和隔离作用。铝制外壳两头表面有内旋式锁定环，用于和电缆插入后与电缆对接头表面旋转对接固定。通过该快速连接器不仅可以快速实现应急电源车柔性电缆与环网柜之间的旁路作业，而且实现对不停电作业状态远程智能实时监测。该快速连接器具有结构简单，操作方便，完备的解决了配网应急发电车为主的旁路电源快速接入，从而达到不停电快速检修的目的。同时该快速连接器内部集成无线感温装置，可监测电缆插入的锁紧状态、电缆的发热温度和通过电缆的电压电流值，并通过无线信号将状态数据发送到带电作业综合管理平台，真正做到不停电检修的远程管控目的。
8.作为优选，所述导电紫铜管的内部镂空，所述导线紫铜管的内表面镀银，所述绝缘硅橡胶层的内部且置于导电紫铜管的两端均设有对接导向腔体，所述的对接导向腔体以导电紫铜管为中心呈左右对称分布，所述对接导向腔体的形状呈圆台状，所述对接导向腔体与导电紫铜管对接的一端直径小于对接导向腔体远离导电紫铜管的一端直径。通过对接导向腔体的结构设计，能够方便电缆的插入连接，大大提高了连接效率，同时减低劳动强度，提高工作效率。
9.作为优选，所述导电紫铜管的两端均设有表带触指结构，所述对接导向腔体远离导电紫铜管的一端设有内凹式接口，所述内凹式接口的形状呈圆台状，所述内凹式接口与对接导向腔体连接的一端直径小于内凹式接口远离对接导向腔体的一端直径。其中，表带触指结构指的是导电紫铜管内部两端与电缆对接头接触部分的内凹圈环型结构，目的是为了导电紫铜管与电缆插拔头接触更为牢靠不易松脱，因其形状似触指分布在导电紫铜管内表面一圈，故称为表带触指结构。表带触指结构采用的是镀银纯铜表带过流触指。导电紫铜管两端的表带触指结构设计，用于中压柔性电缆对接头的插入对接，同时加大铜皮表面接触面积，减少发热和电流损耗。该快速连接器的电缆对接处做成内凹式接口，导电紫铜管内陷在绝缘硅橡胶内部，当电缆对接头插入(内凸)到该快速连接器(内凹)的时候，由于电缆对接头和导电紫铜管之间非常紧密，同时经过对接导向腔体时伴随着绝缘硅橡胶层之间互相挤压，造成一定程度的真空，从而做到比较好的真空绝缘隔离，杜绝电缆对接头和导电紫铜管之间导体的爬电影响。
10.作为优选，所述绝缘硅橡胶层的两端均设有高压均压环，所述的高压均压环安装在铝制外壳的左右两端内侧面上，所述的高压均压环与内凹式接口相对应。铝制外壳两头有高压均压环，对电缆对接头插入到该快速连接器内部导电紫铜管左右两侧进行电场强度平衡。
11.作为优选，所述的内旋式锁定环内部设有电子式接触开关，所述的电子式接触开关与无线感温装置电连接。铝制外壳上的内旋式锁定环内部有一个电子式接触开关，一旦内旋式锁定环旋转锁紧，电子式接触开关会发出一个数字开关信号通过带状信号线传递给
无线感温装置，开启温度和电流电压监测。
12.作为优选，所述的无线感温装置包括a/d采集电路、环状电流感应线圈、温度传感器、mcu处理器、无线模块、pcb电路板和蜂鸣器，所述的a/d采集电路、环状电流感应线圈、温度传感器、mcu处理器、无线模块和蜂鸣器均安装在pcb电路板上，所述的环状电流感应线圈和温度传感器均与a/d采集电路连接，所述的a/d采集电路、无线模块和蜂鸣器均与mcu处理器连接。该无线感温装置监测电缆插入后的数据，具体为：环状电流感应线圈产生的感应电流负责给整个无线感温装置供电同时实时感应流过该快速连接器的电流电压大小；高精度的温度传感器负责采集快速接入该快速连接器作业时候的温度；低功耗的mcu处理器和a/d采集电路一起负责采集电流大小值、电压大小值和温度大小值三个数据，无线模块负责将数据发送出。
13.作为优选，所述的pcb电路板形状呈环状，所述的pcb电路板置于铝质外壳的内侧，所述的环状电流感应线圈置于pcb电路板的内侧，所述的pcb电路板由绝缘硅橡胶层包裹，所述的无线模块内设有无线信号天线，所述的无线信号天线与铝制外壳的外侧面做成一体。其中，pcb电路板做成软式，并形成环绕带状，集成在铝制外壳的内部，由全绝缘的绝缘硅橡胶层包围，无线信号天线做成特制金属状态，和铝制外壳外侧面做成一体。
14.本发明还提供了一种中压柔性电缆快速连接器的自动感温实时监测方法，在中压发电车不停电作业的时候，利用快速连接器达到对作业时候电缆温度、电压、电流状态值实时监测方法，具体操作步骤如下：
15.(1)先断开应急电源车的负荷开关；
16.(2)将应急电源车的不停电作业电缆对接头插入到快速连接器的一头，另外需要延长的电缆对接头插入到快速连接器的另外一头；
17.(3)电缆对接头和快速连接器之间需要通过一定压力的挤压才能完全插入，通过这种方式有效排出快速连接器内的空气，使得电缆对接头的电缆导体与快速连接器的导电紫铜管导体接触瞬间，处在一种真空状态，有效降低爬电影响；
18.(4)当电缆对接头和快速连接器完全对接后，电缆对接头外壳的凸出式卡头和快速连接器内旋式锁定环刚好对齐，通过旋转内旋式锁定环卡紧电缆对接头外壳，固定电缆对接头不会松动，同时内旋式锁定环内部有一个电子式接触开关，一旦旋转卡紧到一个位置，电子式接触开关会发出一个数字开关信号通过带状信号线传递给无线感温装置，开启温度、电流和电压监测；
19.(5)无线感温装置中的mcu处理器收到开关信号后，通过a/d采集电路读取温度传感器的状态值以及环状电流感应线圈的电流值和电压值，并将数据和开关信号通过无线模块发送到应急电源车上的数据集中器，再通过数据集中器随同其他信息一起上报到带电作业综合管理平台，从而做到对不停电作业状态的实时远程智能监测。
20.本方法通过内部集成的环状电流感应线圈、温度传感器和无线模块，提供了一种不停电作业状态实时监测方法，对该快速连接器在电缆插入和拔出的所有过程进行全程监测，提高作业的安全，降低人员风险。
21.作为优选，在步骤(4)中，所述无线感温装置具有一种基于温度自感应数据处理方法，所述无线感温装置加入边缘计算，收集到温度、电压、电流三种数据，将电压、电流代入公式计算当前温度的安全阀值，比较当前的温度与计算得到的安全阀值，判断连接器内部
电缆是否接触良好，并把温度、电压、电流三组数据实时上传到数据集中器，具体步骤如下：
22.(41)收集到初始温度值k
in
，导电t时间后的实际温度值k
fi
、实际电压值u
ac
、实际电流值i
ac
；
23.(42)通过公式计算t时间理论产生的热量值q
th
；
24.q
th
＝s
·uac
·iac
·
t
25.其中，s为功热转换系数；
26.(43)通过公式计算导电紫铜管理论温度变化值δk；
[0027][0028]
其中，m为导电紫铜管的质量，c为导电紫铜管的比热容，r为补偿系数；
[0029]
(44)测量导电铜管的长度l和横截面直径r，则；
[0030]
m＝l
·
ρ
·
r2·
π
[0031]
其中，ρ为导电紫铜管的密度，π为圆周率；
[0032]
则步骤(43)中的公式变为
[0033][0034]
(45)设定温度变化误差范围为x，设定温度阀值比理论计算高10％，则可得到一个温度安全阀值k
max
；
[0035][0036]
(46)通过比较k
max
和k
fi
，如果k
fi
》k
max
，则说明实际测量温度大于安全阀值，则快速连接器与电缆对接头之间可能接触不良或者内部有断裂情况，无线感温装置中的蜂鸣器发出警报，提示有可能接触不良或断裂；如果k
fi
《k
max
，则正常上报数据。
[0037]
作为优选，在步骤(45)中，误差范围x采用均方差算法得到，算法过程如下：
[0038]
(451)采用y个连接完好的快速连接器进行采样实验，每个快速连接器测试n次，每次导电的时间为t，每次测试得到的实际温度值为；
[0039]
σj(k)＝[σ1,σ2,σ3,
…
σk]
[0040]
这里j＝1,2,
…
,n；k为当前测试的次数；
[0041]
(452)同时，在每个时刻，计算得到限定条件下的理论温度值如下值所示：
[0042][0043]
(453)对步骤(451)和步骤(452)两个公式，在每个时刻，对每一个样本点取均方差值e，如下式表示：
[0044][0045][0046]
(454)则论温度变化误差范围为x
[0047][0048]
(455)结合步骤(45)得到最终的安全阀值温度为：
[0049][0050]
本发明的有益效果是：(1)有效的真空绝缘隔离，杜绝电缆对接头和导线紫铜管之间导体的爬电影响；(2)导体紫铜管外层是一个半导电橡胶，半导电橡胶外层是绝缘硅橡胶，起到对导体的两层保护和电气的全隔离，同时采用了表带过流技术，增大电缆对接头插入时候的接触面积，降低大电流时候的发热影响；(3)高压均压环对电缆应力对接头插入到连接器的导电紫金铜管两侧进行电场强度平衡，降低电磁对外界的影响；(4)通过无线感温装置提供了一种不停电作业状态实时监测方法，对该快速连接器在电缆插入和拔出的所有过程进行全程监测，提高作业的安全，降低人员风险。
附图说明
[0051]
图1是快速连接器的结构示意图；
[0052]
图2是快速对接器与电缆对接头的结构示意图；
[0053]
图3是快速连接器的内部原理框图；
[0054]
图4为本发明的快速连接器状态值实时监测方法流程图；
[0055]
图5是快速连接器温度自感应数据处理方法流程图；
[0056]
图6是快速连接器温度自感应均方差算法流程图。
[0057]
图中：1.绝缘硅橡胶层，2.导电紫铜管，3.铝制外壳，4.半导电橡胶层，5.高压均压环，6.无线感温装置，7.环状电流感应线圈，8.表带触指结构，9.内凹式接口，10.内旋式锁定环，11.对接导向腔体。
具体实施方式
[0058]
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
[0059]
如图1所述的实施例中，一种中压柔性电缆快速连接器，包括导电紫铜管2、内旋式锁定环10、半导电橡胶层4、绝缘硅橡胶层1、铝制外壳3和无线感温装置6，导电紫铜管2的外侧面上包覆半导电橡胶层4，半导电橡胶层4的外侧面包覆绝缘硅橡胶层1，导电紫铜管2、半导电橡胶层4和绝缘硅橡胶层1均置于铝质外壳的内部，无线感温装置6安装在铝制外壳3上且与导电紫铜管2相对应，内旋式锁定环10安装在铝制外壳3的左右两端外侧面上，无线感温装置6置于两个内旋式锁定环10之间。
[0060]
导电紫铜管2的内部镂空，导线紫铜管的内表面镀银，绝缘硅橡胶层1的内部且置于导电紫铜管2的两端均设有对接导向腔体11，对接导向腔体11以导电紫铜管2为中心呈左右对称分布，对接导向腔体11的形状呈圆台状，对接导向腔体11与导电紫铜管2对接的一端直径小于对接导向腔体11远离导电紫铜管2的一端直径。导电紫铜管2的两端均设有表带触指结构8，对接导向腔体11远离导电紫铜管2的一端设有内凹式接口9，内凹式接口9的形状
呈圆台状，内凹式接口9与对接导向腔体11连接的一端直径小于内凹式接口9远离对接导向腔体11的一端直径。
[0061]
其中，表带触指结构指的是导电紫铜管内部两端与电缆对接头接触部分的内凹圈环型结构，目的是为了导电紫铜管与电缆插拔头接触更为牢靠不易松脱，因其形状似触指分布在导电紫铜管内表面一圈，故称为表带触指结构。导电紫铜管2两头表面做成表带触指结构8，用于电缆对接头的插入对接，同时加大铜皮表面接触面积，减少发热和电流损耗。导电紫铜管2外面为一层半导电橡胶层4，用于隔离电磁和热量扩散，半导体橡胶层外部为具有良好绝缘性能的优质绝缘硅橡胶层1，起到电气的全绝缘和隔离作用。该快速连接器的电缆对接处做成内凹式接口9形状，导电紫铜管2内陷在绝缘硅橡胶层1内部，当电缆对接头插入(内凸)到该快速连接器(内凹)的时候，由于电缆对接头和导线紫铜管之间非常紧密，绝缘硅橡胶层1之间互相挤压，造成一定程度的真空，从而做到比较好的真空绝缘隔离，杜绝电缆对接头和导线紫铜管之间导体的爬电影响。
[0062]
绝缘硅橡胶层1的两端均设有高压均压环5，高压均压环5安装在铝制外壳3的左右两端内侧面上，高压均压环5与内凹式接口9相对应。内旋式锁定环10内部设有电子式接触开关，电子式接触开关与无线感温装置6电连接。
[0063]
铝制外壳3两头有高压均压环5，对电缆应力对接头插入到快速连接器内部导电紫金铜管左右两侧进行电场强度平衡。铝制外壳3两头表面有内旋式锁定环10，用于和电缆应力锥插入后与电缆对接头表面旋转对接固定。内旋式锁定环10一旦旋转锁紧，电子式接触开关会发出一个数字开关信号通过带状信号线传递给无线感温装置6，开启温度和电流电压监测。
[0064]
如图3所示，无线感温装置6包括a/d采集电路、环状电流感应线圈7、温度传感器、mcu处理器、无线模块、pcb电路板和蜂鸣器，a/d采集电路、环状电流感应线圈7、温度传感器、mcu处理器、无线模块和蜂鸣器均安装在pcb电路板上，环状电流感应线圈7和温度传感器均与a/d采集电路连接，a/d采集电路、无线模块和蜂鸣器均与mcu处理器连接。pcb电路板形状呈环状，pcb电路板置于铝质外壳的内侧，环状电流感应线圈7置于pcb电路板的内侧，pcb电路板由绝缘硅橡胶层1包裹，无线模块内设有无线信号天线，无线信号天线与铝制外壳3的外侧面做成一体。
[0065]
其中，环状电流感应线圈7负责给整个无线感温装置6供电同时监测电流电压大小，高精度的温度传感器负责采集快速接入作业时候的温度，低功耗的mcu处理器和a/d采集电路一起负责采集电流大小值、电压大小值和温度大小值三个数据，无线模块负责将数据发送出，pcb电路板做成软式，并形成环绕带状，集成在铝制外壳3内部，由全绝缘优质绝缘硅橡胶层1包围，无线信号天线做成特制金属状态，和铝制外壳3外侧面做成一体。综上所述，铝制外壳3的中部有一个环状无线感温装置6，该无线感温装置6内部集成环状电流感应线圈7，环状电流感应线圈7会实时感应流过连接器的电流大小，同时产生的感应电流给无线感温装置6供电，无线感温装置6监测电缆插入后大电流通过时的温度以及当前电流电压值。
[0066]
如图2、图4所示，本发明还提供了一种中压柔性电缆快速连接器的自动感温实时监测方法，在中压发电车不停电作业的时候，利用快速连接器达到对作业时候电缆温度、电压、电流状态值实时监测方法，具体操作步骤如下：
[0067]
(1)先断开应急电源车的负荷开关；
[0068]
(2)将应急电源车的不停电作业电缆对接头插入到快速连接器的一头，另外需要延长的电缆对接头插入到快速连接器的另外一头；
[0069]
(3)电缆对接头和快速连接器之间需要通过一定压力的挤压才能完全插入，通过这种方式有效排出快速连接器内的空气，使得电缆对接头的电缆导体与快速连接器的导电紫铜管导体接触瞬间，处在一种真空状态，有效降低爬电影响；
[0070]
(4)当电缆对接头和快速连接器完全对接后，电缆对接头外壳的凸出式卡头和快速连接器内旋式锁定环刚好对齐，通过旋转内旋式锁定环卡紧电缆对接头外壳，固定电缆对接头不会松动，同时内旋式锁定环内部有一个电子式接触开关，一旦旋转卡紧到一个位置，电子式接触开关会发出一个数字开关信号通过带状信号线传递给无线感温装置，开启温度、电流和电压监测；
[0071]
如图5所示，无线感温装置具有一种基于温度自感应数据处理方法，无线感温装置加入边缘计算，收集到温度、电压、电流三种数据，将电压、电流代入公式计算当前温度的安全阀值，比较当前的温度与计算得到的安全阀值，判断连接器内部电缆是否接触良好，并把温度、电压、电流三组数据实时上传到数据集中器，具体步骤如下：
[0072]
(41)收集到初始温度值k
in
，导电t时间后的实际温度值k
fi
、实际电压值u
ac
、实际电流值i
ac
；
[0073]
(42)通过公式计算t时间理论产生的热量值q
th
；
[0074]qth
＝s
·uac
·iac
·
t
[0075]
其中，s为功热转换系数；
[0076]
(43)通过公式计算导电紫铜管理论温度变化值δk；
[0077][0078]
其中，m为导电紫铜管的质量，c为导电紫铜管的比热容，r为补偿系数；
[0079]
(44)测量导电铜管的长度l和横截面直径r，则；
[0080]
m＝l
·
ρ
·
r2·
π
[0081]
其中，ρ为导电紫铜管的密度，π为圆周率；
[0082]
则步骤(43)中的公式变为
[0083][0084]
(45)设定温度变化误差范围为x，设定温度阀值比理论计算高10％，则可得到一个温度安全阀值k
max
；
[0085][0086]
如图6所示，误差范围x采用均方差算法得到，算法过程如下：
[0087]
(451)采用y个连接完好的快速连接器进行采样实验，每个快速连接器测试n次，每次导电的时间为t，每次测试得到的实际温度值为；
[0088]
σj(k)＝[σ1,σ2,σ3,
…
σk]
[0089]
这里j＝1,2,
…
,n；k为当前测试的次数；
[0090]
(452)同时，在每个时刻，计算得到限定条件下的理论温度值如下值所示：
[0091][0092]
(453)对步骤(451)和步骤(452)两个公式，在每个时刻，对每一个样本点取均方差值e，如下式表示：
[0093][0094][0095]
(454)则论温度变化误差范围为x
[0096][0097]
(455)结合步骤(45)得到最终的安全阀值温度为：
[0098][0099]
(46)通过比较k
max
和k
fi
，如果k
fi
》k
max
，则说明实际测量温度大于安全阀值，则快速连接器与电缆对接头之间可能接触不良或者内部有断裂情况，无线感温装置中的蜂鸣器发出警报，提示有可能接触不良或断裂；如果k
fi
《k
max
，则正常上报数据；
[0100]
(5)无线感温装置中的mcu处理器收到开关信号后，通过a/d采集电路读取温度传感器的状态值以及环状电流感应线圈的电流值和电压值(其中，电压通过a/d采集电路获取，通过交直流转换芯片获取等效直流电压，从而获取电压值)，并将数据和开关信号通过无线模块发送到应急电源车上的数据集中器，再通过数据集中器随同其他信息一起上报到带电作业综合管理平台，从而做到对不停电作业状态的实时远程智能监测。