【摘 要】
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CRAFT（Comprehensive Research Facility for Fusion Technology,聚变堆主机关键系统综合研究设施）是“十三五”规划中部署建设的核聚变大科学装置,装置的主要建设内容为超导磁体研究系统和偏滤器研究系统,其中超导磁体研究系统需要配置一套大功率磁体电源从而保证其稳定测试。本文从优化CRAFT Toroidal Field（TF）纵场磁体电源变流器过电压
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CRAFT（Comprehensive Research Facility for Fusion Technology,聚变堆主机关键系统综合研究设施）是“十三五”规划中部署建设的核聚变大科学装置,装置的主要建设内容为超导磁体研究系统和偏滤器研究系统,其中超导磁体研究系统需要配置一套大功率磁体电源从而保证其稳定测试。本文从优化CRAFT Toroidal Field（TF）纵场磁体电源变流器过电压抑制方案的角度出发,对CRAFT TF磁体电源变流器系统中可能出现的过电压类型设计了相应的优化抑制方案。首先分析了晶闸管换相过电压抑制方案。介绍了晶闸管的反向恢复模型,引入桥臂分布参数,提取晶闸管桥臂分布参数矩阵,构建晶闸管关断暂态电路模型;计算晶闸管过电压峰值,编写程序绘制过电压峰值与RC参数的函数三维图,作为选取器件参数的依据;分别在优化条件和非优化情况下对比晶闸管电压电流波形,对比结果表明优化后的保护方案在抑制过电压,提高均流系数方面具有优势;最后在CRAFT TF磁体电源变流器样机50@250V@25k A的工况下进行了实验验证。其次阐述了操作过电压的产生原因,分析了操作过电压的抑制措施,包括整流变压器网侧,变压器空载分闸时过电压。对传统过电压保护方案进行了优化设计,计算变压器分闸过电压峰值,编程绘制过电压峰值与RC参数的函数三维图,搭建变压器分闸暂态模型模拟实际工况。通过以上的理论分析可知,换相过电压阻尼电路同时可以抑制空载变压器分闸过电压,不必再另外增加电阻电容;在整流变压器阀侧加装电容抑制变压器合闸过电压。最后探讨了CRAFT TF磁体电源变流器雷击过电压的防雷保护问题,对变压器网侧避雷器和变压器阀侧金属氧化物非线性电阻进行选型,分担雷击过电压以实现保护。搭建雷击电流模型、避雷器模型、以及变流器模型;其次,分析雷击电流幅值、避雷器安装位置、接地电阻对晶闸管阀上的雷击峰值电压的影响,确定了整流变压器网侧避雷器以及负载接地电阻抑制方案。计算和仿真结果表明,采取的抑制措施能够达到晶闸管雷击冲击保护水平的要求。通过分析和研究,本文的抑制策略为CRAFT TF磁体电源变流器系统抑制过电压提供了方案,保护器件选取更加精确。与传统方案相比,提高了过电压抑制效果,可靠性更高,该方案可为未来大功率电源设计提供一定的工程实践指导和参考。图[54]表[20]参[86]
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