电缆接头电磁压接成形的装置设计和实验研究

摘要

在电力系统中，电缆起到可靠传输电能、安全连接各变电站和用户端的作用。目前，电缆接头主要采用绞合连接、液压紧压连接、焊接连接等工艺，这些传统工艺往往消耗大量人力、且存在连接处受力不均匀、紧密度不足等问题。这会导致电缆连接处接触电阻大、分布电场不均匀、应力不足。长期运行，存在连接处发热过大，局部绝缘破坏甚至连接脱落等问题，这将严重影响电力系统的安全运行，给用户和电网带来巨大的损失。　　电磁成形是一种塑性成形方法，属于固相连接技术。它与传统工艺相比，具有诸多优势。首先，它不仅能用于同种金属连接，更能实现异种金属，甚至是金属与非金属的连接；其次，成形过程在微秒时间内完成，生产效率高且无尘烟，绿色环保；最后，成形过程的放电能量可以实现精确控制，重复性好，易于实现机械化和自动化，且连接强度较传统工艺更高。但是现有的电磁成形装置多采用气体开关作为主开关，存在使用寿命短和可靠触发困难等问题。　　为了实现高可靠性的电缆连接，本文提出基于反向开关晶闸管（Reversely Switched Dynistor，RSD）的电磁成形装置将其应用于电缆接头的压接，来改进现有的电缆接头连接工艺。本文首先介绍了电磁成形的理论知识与国内外研究现状，并对压接的基本原理进行简要分析，推导出连接过程中金属件发生变形的计算公式；接着，采用PSpice系统地构建和分析电路结构，分析了影响放电电流峰值和前沿的主要因素；其次，通过管件变形过程的分析，推算出不同型号的电缆完成压接的参数值，并使用COMSOL建立电场、磁场、温度场和弹塑性力场的多物理场耦合模型，描绘出不同型号的电缆在成形线圈中发生变形的过程和各物理量的变化；然后，对装置中的各个关键器件和设备进行选型，并设计开关的触发系统和成形线圈；再对搭建完成的装置进行不同型号的配电电缆压接实验，通过实验对比分析理论计算和仿真研究的可靠性；最后，对电缆接头进行性能测试，并与传统液压接头进行对比。　　最终研制了电压10kV，储能6.75kJ的电磁成形设备，对低压等级的配电电缆进行压接实验，获得了高可靠性的电缆接头，并与传统液压的电缆接头进行性能对比。结果表明，采用电磁压接成形获得的电缆接头在抗拉伸、接触电阻等方面的性能均优于传统工艺的接头。

目录

1 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 电磁成形的国内外研究现状

1.2.1机理及效果评估

1.2.2成形过程数值模拟

1.2.3装置的研制

1.3 本文的主要研究内容

1.4 本章小结

2 电磁压接成形的基本原理和分析

2.1 引言

2.2 电磁压接成形的基本原理

2.3 采用RSD的压接成形平台电路分析

2.4.1压接模型的建立

2.4.2压接所需参数的推导

2.4.3不同型号电缆接头的参数计算

2.5 本章小结

3 电路的仿真和电磁压接成形的仿真

3.1 引言

3.2.1电路仿真

3.2.2影响放电电流的因素

3.3 电磁压接成形过程的仿真

3.3.1单匝线圈压接的变形参数仿真

3.3.2多匝线圈压接的变形参数仿真

3.4 本章小结

4 装置的设计

4.1 引言

4.2 储能单元设计

4.3 开关单元

4.4 传输单元

4.5 测量单元

4.6 保护单元

4.7 压接成形工作台

4.8 本章小结

5 平台测试和效果评估

5.1 引言

5.2平台的测试

5.3.1单匝线圈的实验

5.3.2多匝线圈的实验

5.4.1接触电阻的测试

5.4.2拉伸力的测试

5.4.3连接紧密度的测量

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录

A 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

C 作者在攻读学位期间参与的科研项目

D 学位论文数据集

致谢