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，接頭對兩段電纜進行電氣連接和機械連接，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)致連接強度降低，進而再次提高接觸電阻，嚴重時甚至存在斷裂的風(fēng)險，導(dǎo)致嚴重的線路故障。

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)強度，選擇羅斯線圈進行電流測量。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，并進行焊接實驗，實驗中脈沖電流測量采用自制微分環(huán)，其標定后靈敏度為1.036×1010（V.s/A），測試波形如圖7，不同焊接工件實驗效果如圖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，實現(xiàn)了裝置在GW級大功率下運行，初步驗證了電磁脈沖焊接接頭其機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.

團隊介紹

重慶大學(xué)強電磁脈沖及應(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)安全國家重點實驗室。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、國家重點研發(fā)計劃等項目等國家級科研項目10余項。獲得省部級科技進步獎2項，教育部自然科學(xué)二等獎1項，發(fā)表學(xué)術(shù)論文百余篇。