研究背景

電纜的主要作用是在各發(fā)電廠、主變電站之間安全可靠地輸送電能。在輸變電線路中，接頭對兩段電纜進(jìn)行電氣連接和機(jī)械連接，這就對電纜接頭的連接性能提出較高要求。

常規(guī)的連接容易導(dǎo)致接頭存在氣孔、孔洞、熱裂紋、夾雜等缺陷。特別是隨著電力負(fù)荷的加大，以及腐蝕和老化的影響，接頭的接觸電阻將導(dǎo)致接頭部分發(fā)熱，導(dǎo)致連接強(qiáng)度降低，進(jìn)而再次提高接觸電阻，嚴(yán)重時甚至存在斷裂的風(fēng)險，導(dǎo)致嚴(yán)重的線路故障。

論文主要內(nèi)容

電磁脈沖焊接裝置的基本電路如圖1。其工作原理主要包括：1）充電過程：斷開真空觸發(fā)管（TVS），閉合真空繼電器，控制高壓直流電源給脈沖電容充能；2）放電過程：先斷開真空繼電器，控制觸發(fā)信號使TVS導(dǎo)通，電容通過回路向焊接線圈放電。

圖1 電磁脈沖焊接裝置原理圖

建立仿真電路，分析不同充電電壓、回路電感、電阻對脈沖電流上升沿和峰值時間的影響，分析多組并聯(lián)模塊同步放電的影響，如圖2、圖3所示。

圖2 不同回路參數(shù)下的脈沖電流波形

圖3 多組模塊放電同步性仿真結(jié)果

本文采用模塊化設(shè)計，一共6個電容器組并聯(lián)放電；每個電容器組由4只脈沖電容器和1只觸發(fā)真空開關(guān)（TVS）組成，如圖4所示。

圖4 模塊化電路和單模塊裝置實(shí)物示意圖

為了確保電能的傳輸，減小線路電感，獲得更快上升沿和更大幅值電流，本文設(shè)計了平行板傳輸線，用于電容器和開關(guān)之間的電路連接，設(shè)計低阻抗的同軸傳輸線將電容器能量傳輸?shù)胶附庸ぷ髋_。為測量脈沖電流產(chǎn)生的磁場，設(shè)計了微分環(huán)，將測量的信號通過微積分計算得到磁感應(yīng)強(qiáng)度，選擇羅斯線圈進(jìn)行電流測量。同時，設(shè)計了集磁器和不同匝數(shù)的焊接線圈，如圖5所示。

圖5 線圈、一體化焊接裝置

最終，搭建的裝置如圖6，并進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中脈沖電流測量采用自制微分環(huán)，其標(biāo)定后靈敏度為1.036×1010（V.s/A），測試波形如圖7，不同焊接工件實(shí)驗(yàn)效果如圖8。

圖6 電磁脈沖焊接裝置

圖7 10kV充電電壓下回路放電波形

圖8 電磁脈沖焊接工件展示

對液壓方式連接的電纜接頭與電磁脈沖焊接方式的接頭進(jìn)行基本的性能對比測試，如圖9。

圖9 性能對比測試

結(jié)論

研制了一臺多多電容器組同步觸發(fā)型電磁脈沖焊接裝置，實(shí)現(xiàn)了裝置在GW級大功率下運(yùn)行，初步驗(yàn)證了電磁脈沖焊接接頭其機(jī)械性能和電氣性能均優(yōu)于傳統(tǒng)的液壓連接方式，證明了電磁脈沖焊接技術(shù)用于電纜接頭可靠連接的可行性。

引用本文

邱立, 李彥濤, 蘇攀, 熊奇, 李亮. 電磁成形中電磁技術(shù)問題研究進(jìn)展[J]. 電工技術(shù)學(xué)報, 2019, 34(11): 2247-2259. Qiu Li, Li Yantao, Su Pan, Xiong Qi, Li Liang. Research on Electromagnetic Problems in Electromagnetic Forming Process. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(11): 2247-2259.

團(tuán)隊(duì)介紹

重慶大學(xué)強(qiáng)電磁脈沖及應(yīng)用課題組隸屬于重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院輸配電裝備與新技術(shù)及系統(tǒng)安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。課題組長期從事脈沖功率技術(shù)及相關(guān)應(yīng)用的研究，具體包括：大功率高重頻脈沖電源技術(shù)研究，電磁脈沖焊接技術(shù)應(yīng)用研究，強(qiáng)脈沖電磁場生物醫(yī)學(xué)效應(yīng)研究等。近5年來，課題組承擔(dān)國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃等項(xiàng)目等國家級科研項(xiàng)目10余項(xiàng)。獲得省部級科技進(jìn)步獎2項(xiàng)，教育部自然科學(xué)二等獎1項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文百余篇。