兆瓦級加速器直流高壓電源

綜合考慮各類直流高壓電源可達(dá)到的電壓等級，實(shí)現(xiàn)原理以及維護(hù)方便因素，我們的電源采用三

相變壓器接橋式整流電路型，在每個(gè)次級線餅后接硅堆整流，將整流后電壓疊加形成 1.2MV 直流高 壓輸出。

由于電源主體結(jié)構(gòu)為三相變壓器型，在功率上并沒有限制，只要增大鐵芯的截面積就會增加電源 的功率容量。閉合的磁路提高了能量轉(zhuǎn)換效率，可達(dá)到 90％以上。

為了保證電壓輸出的穩(wěn)定度，我們的電源次級采用星－三角交替聯(lián)結(jié)，使電壓波動由原來的每周 期六脈動增加為十二脈動，理論上電壓的不穩(wěn)定度小于 2％。

1.2 絕緣介質(zhì)的選用

鑒于以往一些采用油絕緣的加速器直流高壓電源發(fā)生過絕緣方面的故障，綜合考慮運(yùn)行安全和減 少占地面積等因素，我單位目前設(shè)計(jì)的電源采用高壓 SF6 氣體作為絕緣介質(zhì)。這樣既提高了耐壓等級， 又極大的減輕了設(shè)備的重量。每次設(shè)備維護(hù)僅需將 SF6 氣體排放到儲氣鋼桶中，就可對設(shè)備進(jìn)行檢修。 只要保證設(shè)備的良好密封就可以實(shí)現(xiàn)電源的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3 絕緣結(jié)構(gòu)確定的原則

由于 SF6 氣體對電場不均勻性要求較高，因此三芯柱采用等邊三角形結(jié)構(gòu)以達(dá)到均勻電場的目的。 同時(shí)，在整個(gè)電源中也將盡量使電極形式為同軸圓筒電極，整個(gè)電源內(nèi)部不存在尖角。根據(jù)工程計(jì)算 式，在 0.8Mpa 壓力下，SF6 氣體的擊穿場強(qiáng)為 296.05kV/cm。以往俄羅斯電物理室設(shè)計(jì)的 SF6 氣體絕 緣直流高壓電源中電極間最大場強(qiáng)為 120kV/cm，本次絕緣結(jié)構(gòu)中使各個(gè)高低壓電極間最大場強(qiáng)不超過 150kV/cm。

初級繞組和次級繞組以同軸的方式安裝，每級線餅后都接了整流電路，最后輸出電壓幅值為各個(gè) 整流硅堆電壓值的疊加。

1.4 散熱方面的考慮該電源系統(tǒng)的效率為 95％，功率損耗主要集中在電源系統(tǒng)的感應(yīng)調(diào)壓器和電源主體兩部分。其中 電源主體的功率損耗約為 20kW，主要通過電源鋼桶內(nèi) SF6 氣體的自然循環(huán)和纏繞于鋼桶內(nèi)壁的水管 冷卻帶走。

2 該類電源的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

該類電源的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于介質(zhì)的絕緣特性與電源內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)的配合方面。不論是采用油絕緣還 是氣體絕緣，此類高壓發(fā)生器的外形尺寸主要由電壓等級和其內(nèi)部的絕緣尺寸決定，隨著電壓等級的 提高，外形尺寸也相應(yīng)增大。此外，整流設(shè)備的尺寸和性能也會對高壓發(fā)生器的整體性能和尺寸產(chǎn)生 影響。