一种结构紧凑的场畸变型低电感的气体火花开关

气体火花开关是脉冲功率技术的关键部件之一,笔者介绍了一种低电感场畸变触发的气体火花开关,通过绝缘子电场分布和力学可靠性分析优化了开关结构,减小了开关的轴向尺寸,从而有效地减小了开关电感。试验结果表明,在干燥空气条件下,当开关工作的工作系数为70%时,其击穿时延约为90 ns,抖动约为10 ns。     

同轴型场畸变气体火花开关的研制

介绍了为DPF-300型脉冲电流源同步放电系统研制的同轴型场畸变火花开关。通过电场数值计算,对场畸变火花开关的设计进行了验证,对开关的自击穿特性及触发特性进行了实验研究。试验表明,所设计的同轴型三电极场畸变气体火花开关与原DPF-200型所用开关相比,具有电感小、触发特性好等优点,已成功地应用于DPF-300型脉冲电流源的同步放电系统     

多级多通道低电感火花气体开关

简述了几种多级多通道低电感火花气体开关 ,分析了该类气体开关的设计原则 ,提出了一种中间电极采用不锈钢弹簧、触发电极位于主放电通道之外的同轴状气体开关的设计思想 ,初步试验表明 ,设计可行 ,开关电感较小。     

多级多通道气体火花开关的同步放电特性

具有广阔应用前景的气体开关是快脉冲直线型变压器(LTD)这种新型初级储能脉冲功率源的关键部件,为提高其工作性能,对多级多通道气体开关多路同步放电特性进行了初步的实验研究。在优化设计标称电压200kV多级多通道气体火花开关的电极支撑结构后采用绝缘子内抠槽平面支撑结构,使用圆环形凸面结构电极代替圆环形平面电极。利用电磁场分析软件计算开关的电场分布表明:直流高压作用下,开关各间隙电压分布较均匀;触发脉冲作用下触发间隙电场畸变明显。10只开关的同步放电实验研究结果表明,10只气体开关的自击穿特性和触发特性有一定个体差异,其中5只开关并联放电同步性能良好,输出电流脉冲能有效叠加;工作气体为0.14MPa氮气,正负充电60kV,5只开关并联放电,能够产生上升沿约100ns,峰值约100kA的电流脉冲。     

电容快放电型触发器的电路分析与设计

为获得快前沿的高电压脉冲,分析了电容放电型触发器的电路,利用简化的等效电路研究了放电回路参数和气体开关的火花通道电阻、电感对触发脉冲上升时间的影响.分析了电压波在高阻抗负载上形成触发脉冲的过程,讨论了不同置地元件对输出波形的影响.在此基础上,给出了快前沿的电容放电型触发器的基本设计原则,并完成了30与100 kV快前沿...     

基于可饱和脉冲变压器谐振充电的快脉冲功率源研究

基于可饱和脉冲变压器建立1种新型谐振充电装置，将脉冲变压器提升电压作用与磁开关陡化脉冲作用相结合大幅度提高输出电压的前沿。通过分析新型谐振充电装置的工作模式，确定面向快丝阵Z箍缩早期行为研究需求的谐振充电装置的参数。新型谐振充电装置驱动气体火花开关自击穿时延抖动比采用传统谐振充电装置降低50%以上。初始充电电压19kV、电极间距5.5mm、1.01325×105Pa气压下自击穿时延抖动降低至13ns。在高气压下气体火花开关的击穿电压稳定性也有大幅度的提高。利用新型谐振充电装置改进应用气体火花开关陡化脉冲变压器输出电压前沿的脉冲功率源的技术方案，建立的小型脉冲功率源可以极低的时延抖动和较高的击穿电压稳定性输出快Z箍缩预脉冲水平的脉冲电流。低时延抖动的脉冲功率源有助于对金属丝电爆炸等丝阵Z箍缩早期行为开展精确的高时空分辨率的同步诊断。     

中物院快脉冲直线型变压器驱动源技术研究进展

快脉冲直线型变压器驱动源(LTD)是一种可以直接获得小于100 ns脉冲上升时间的新型脉冲功率技术,在Z箍缩、闪光照相和高功率微波等领域具有重要应用。为此,介绍了近年来以流体物理研究所为代表的中国工程物理研究院在快脉冲LTD模块关键单元技术(如多间隙气体开关、触发系统和磁芯等)、单LTD模块以及多级LTD模块串联装置等方面的研究进展。研究结果表明,LTD具有结构紧凑、参数调整灵活、能量效率高等优点,是未来强流脉冲驱动器设计的优选技术路线。     

一种多间隙气体开关击穿特性的实验研究

快前沿直线型变压器驱动源(FLTD)是一种可以直接获得100 ns脉宽的脉冲功率源新技术,在Z箍缩、闪光照相、强激光和高功率微波方面具有重要应用。为了寻求用于FLTD的多间隙气体开关的合适结构,设计了一种场畸变多间隙气体开关。该开关含有6个间隙,各个间隙距离相等,开关间隙总长度为30 mm。开关中间电极为锚式固定结构,每个电极由3只螺钉固定在绝缘筒壁内侧,数值计算了开关的电场分布,实验研究了开关的自击穿及触发特性。结果表明,开关自击穿特性曲线与经验公式曲线基本符合,自击穿电压的分散性<3.2%;在工作系数为50%时,开关仍能正常触发,触发时延约百ns;在工作系数为60%时,触发脉冲为150 kV/15 ns的情况下,开关触发时延约60 ns,抖动时间约5 ns。     

1MV/100kA快脉冲直线型变压器驱动源装置设计

快脉冲直线型变压器驱动源(LTD)技术是一种可以直接获得<100ns脉冲上升时间的新型脉冲功率技术,在Z箍缩、闪光照相和高功率微波等领域具有重要的应用前景。为了掌握LTD装置设计技术,基于已经研制完成的100kV/100kA快脉冲LTD原型模块,设计了输出电压/电流分别为1 MV/100kA的快脉冲LTD装置。装置由10级LTD模块串联而成,系统总储能为20kJ,次级采用真空磁绝缘传输线结构。装置直径约1.5m,长度约2.2m。根据10级LTD模块串联装置系统电路分析和数值模拟,结果表明在10Ω负载上的输出电压约为1.08MV,上升时间约51ns,脉宽为168ns。同时还针对磁绝缘传输线锥形和直筒形阴极结构建立了简化模型,采用PIC粒子模拟编码对其进行粒子模拟,结果表明,2种结构在负载端的输出电压均约为1MV,输出阻抗接近10Ω,同轴传输线间隙的电子流能够实现磁绝缘。     

200kV多级多通道火花开关

模块化直线型脉冲变压器(LTD)是脉冲功率技术中的一种新型初级储能装置,开关是其关键部件之一,多极多通道闭合开关工作时能够形成多通道放电,具有电感小的优势。为了研究用于电流上升时间约100ns、电流峰值约100kA的LTD模块设计了一种标称电压为200kV(±100kV)多极多通道气体开关。通过对开关的电场数值计算,对开关设计进行了验证和优化,并对开关的静态特性和动态特性进行了初步的实验研究,结果证明,开关电感<30nH,并且具有工作范围宽,触发特性好,工作稳定等特点,初步实验表明能够满足模块的要求。     

百ns直线型脉冲变压器模块仿真及初步试验

短脉冲直线型脉冲变压器(LTD)是近年发展的一种新型脉冲功率驱动源新技术,LTD模块化后可方便地串、并联使用。为了紧跟国际上短脉冲LTD技术,进一步拓宽其应用领域,介绍了LTD的基本原理后根据国内脉冲电容器、高频磁芯和绝缘子的技术水平,提出了一种电流上升时间约100ns、电流峰值约100kA的一级LTD模块的技术方案;重点介绍了设计模块的结构及磁芯材料的选取;利用通用电路仿真软件Pspice建立了相应的模拟电路模型,并计算了输出参数;在充电±35kV时对设计方案进行的一路单元初步实验中得到短路电流幅值7kA,上升时间(10%～90%)约86ns,单个回路电感约270nH。实验结果表明,设计方案能达到预期指标。     

一种大电流三电极气体火花开关的工作特性

根据强流电子加速器的需要,研制了一种大电流三电极气体火花开关。开关采用防污染设计,将开关电极与金属腔体一体化,并采用金属挡板对绝缘封盖进行防污保护,从最大程度上减小了开关工作时对绝缘支撑物的污染,提高了开关寿命,并且对开关工作特性进行了实验研究。研究结果表明:当开关工作气压为0.10、0.15、0.20和0.25MPa时,其可控工作电压范围分别为25%～94%、38%～86%、40%～88%和44%～88%,具有可控工作电压范围宽的优点;当开关工作气压为0.25MPa、工作电压为40kV、欠压比为88%时,开关时延为50ns,抖动为1.28ns且分散性<3%,该开关已成功用于强流电子加速器系统且运行稳定可靠。     

基于虚拟等效电感的特高压调压变压器励磁涌流判别算法

针对1 000 k V特高压试验示范工程现场调试过程中特高压调压变压器差动保护的典型误动案例,分析了现阶段采用的二次谐波分相闭锁判据在识别调压变压器励磁涌流时存在的局限性。为解决实际工程中无法直接测量调压变压器一次绕组端口电压问题,基于特高压变压器的本体结构特点设计一种获取调压变压器一次绕组端口电压的方法,同时提出一种基于虚拟等效电感分布特性识别调压变压器励磁涌流的判别算法。基于数字仿真对比分析了二次谐波分相闭锁判据和波形对称制动原理应用于调压变压器差动保护存在的不足,而基于虚拟等效电感分布特性的算法识别特征明显,能够可靠灵敏地识别励磁涌流和内部匝间短路,有效地解决了传统判据在调压变压器差动保护中存在的误动和拒动问题。     

气体绝缘开关设备中特快速瞬态过电压研究的新进展

气体绝缘开关设备（gas insulated switchgear,GIS）中的隔离开关操作空载短母线会产生陡波前、高幅值的特快速瞬态过电压（very fast transient overvoltage,VFTO）、瞬态壳体电位和电磁干扰,对GIS及其连接的具有绕组的设备、与壳体连接的二次设备绝缘产生危害,干扰二次设备工作,严重影响设备的安全运行。对2009年前国内外在VFTO测量方法、特性试验、数字仿真和对绝缘影响以及外部VFTO方面的研究状况进行了综述。概要总结了国家电网公司在特高压GIS中VFTO实测及仿真研究方面取得的新进展,提出了特高压GIS中VFTO需要深化研究的内容,即重点关注VFTO的传播特性与仿真建模,VFTO下的绝缘特性和机制研究,以期全面掌握特高压GIS中VFTO特性,对特高压输变电设备的研制、工程设计和运行提供依据和有益的参考。     

用于特快速暂态仿真的大型电力变压器线圈频域分段建模

针对超高压和特高压电力变压器特快速暂态仿真的需要以及以线匝为单元的多传输线模型难以用于完整绕组的建模、在单一模型中难以在近10MHz频率范围内确定频率依赖参数的问题,提出了一种频域分段建模的方法。在低于4MHz频率范围内采用新型的集总参数RLC电路模型,在高于4MHz频率范围内采用无损多传输线(multitransmission line,MTL)电路模型进行建模,在保证求解准确度的基础上,比单纯采用MTL模型有效降低了求解的复杂度,因而可用于具有大量线匝的绕组的建模。在分段模型中,频率依赖的损耗参数和电感参数可以分别考虑,避免了在单一模型中确定这些参数的困难;同时,在所关心的10MHz以下频率范围内以100kHz,4MHz为2个分界点,从低频到高频分别采用1,10和50kHz3种分辨率求解频域方程,既提高了低频段求解精度,又减少了高频段计算时间。理论分析和实例仿真表明该方法适用于大型电力变压器特快速暂态仿真。     

罗氏线圈型电子式互感器抗VFTO方案探讨

为解决气体绝缘变电站有源电子式电压互感器在开关操作时因受到快速暂态过电压的影响而导致采集卡损坏的问题,提出一种新型的电子式电压互感器抑阻措施。通过建立电路模型,推导出作用于电子式互感器采集卡上的快速过电压幅值,提出通过增加电子式互感器外壳接地以降低外壳过电压;在电子式互感器一次、二次引出端增加电感元件;同时要求电子式互感器采集卡与一次设备外壳空间距离大于快速暂态过电压的空气击穿距离等措施。该方法可有效避免电子式互感器采集卡损坏的问题,提升电子式互感器抗干扰能力。