一种基于初级脉冲源自耦合的能量转移系统和方法
【专利摘要】本发明提供一种基于初级脉冲源自耦合的能量转移系统和方法，该系统能量转移开关采用一场畸变油介质触发开关(以下简称场畸变触发开关)，解决了具有较短充电时间初级脉冲源的适用性问题；同时通过采用从初级脉冲源直接耦合产生电脉冲触发能量转移开关的方法，解决了初级脉冲源发生自放电条件下对装置的有效保护问题。此外，该系统避免了气体触发开关、激光器和同步控制系统的使用，有效缩减了系统尺寸结构、降低了研制成本。适用于各类大型脉冲功率装置中初级脉冲源、传输线和主开关的保护。
【专利说明】一种基于初级脉冲源自耦合的能量转移系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种能够直接通过初级脉冲源耦合产生触发脉冲并控制能量转移开 关闭合释放储能的保护系统和方法，应用于大型脉冲功率装置中对初级脉冲源、主开关、传 输线等关键部件的保护。
【背景技术】
[0002] 初级脉冲源（如Marx、LTD等）自放和主开关未动作或动作延迟是现有大型脉冲 功率装置运行中不可避免的常见故障之一。发生该故障时，脉冲功率装置主开关之前部分 会产生一个长脉宽电压波和周期性振荡衰减的电流波，如此会对装置初级驱动源绝缘支撑 部件、传输线和主开关绝缘外壳构成较大的威胁，同时，振荡电流波对储能电容器的使用寿 命也极为不利。因此，如何实现上述状态下初级脉冲源、传输线及主开关的有效保护成为装 置可靠运行的关键。
[0003] 目前，国内外已研制成功的用于上述故障状态保护的能量转移系统主要有两 类，一类是在初级脉冲源输出端设置一通过阻尼电阻接地的自击穿开关（即能量转移开 关），要求其自击穿时刻滞后于主开关导通时刻一定时间；另一类是在初级脉冲源输出 端设置一同样通过阻尼电阻接地的触发开关（激光或电脉冲触发），其击穿时刻与初级 脉冲源和主开关触发时刻均通过外围的同步机预先设定。对于第一类能量转移系统，只 适用于初级脉冲源对下游传输线充电时间（即初级脉冲源充电时间）较长条件下，一般 为微秒量级，且对自击穿开关与主开关击穿时间差无严格要求，例如：在J. Douglas，J. Corley, R. Sears 等人的《Performance of self-closing diverter switch for ZR/ Z20Marx and intermediate store protection)) (15th IEEE International Pulsed Power Conference, Monterey, California USA, 2005, pp. 174-177)中，介绍了一种油介质自击穿 开关配合阻尼电阻保护ZR装置MarX和中储的能量转移系统，ZR装置MarX充电时间约 1 μ s，能量转移开关在主开关导通约300ns后自击穿导通；当初级脉冲源充电时间较短时 (数百纳秒），该类系统难以保证能量转移开关自击穿发生在脉冲上升阶段，而电压脉冲峰 值后的开关自击穿时刻难以控制，甚至可能出现不击穿问题，因此该类系统对于具有较短 充电时间的脉冲功率装置便不再适用。对于第二类能量转移系统，其能量转移开关动作时 刻受外围同步机控制，例如：在P.Corcoran，K. Thomas, V.Carboni等人的《Design of an induction voltage adder based on gas-switched pulse forming lines)) (15th IEEE International Pulsed Power Conference, Monterey, California USA, 2005, pp. 308-313) 中，介绍了一能量转移开关为激光触发多间隙气体开关的能量转移系统，其工作过程首先 由同步机预设初级脉冲源、主开关和能量转移开关触发时序，同步机输出信号首先触发一 激光器，而后通过激光器触发能量转移开关；当初级脉冲源发生自放电时，由于该类系统 没有反馈信息，能量转移开关并不能获得相应触发信号，因此该类能量转移系统对初级脉 冲源发生自放时不能实现对整个脉冲功率装置的保护，同时由于气体触发开关和激光的使 用，该类系统尺寸结构一般均比较庞杂。
【发明内容】
[0004] 为解决现有能量转移系统对于初级脉冲源充电时间较短或发生自放电故障条件 下难以实现对脉冲功率装置保护的问题，本发明提供了一种基于初级脉冲源自耦合的能量 转移系统和方法。该系统能量转移开关采用一场畸变油介质触发开关（以下简称场畸变触 发开关），解决了具有较短充电时间初级脉冲源的适用性问题；同时通过采用从初级脉冲 源直接耦合产生电脉冲触发能量转移开关的方法，解决了初级脉冲源发生自放电条件下对 装置的有效保护问题。此外，该系统避免了气体触发开关、激光器和同步控制系统的使用， 有效缩减了系统尺寸结构、降低了研制成本。适用于各类大型脉冲功率装置中初级脉冲源、 传输线和主开关的保护。
[0005] 本发明的技术解决方案是：
[0006] -种基于初级脉冲源自耦合的能量转移系统，其特殊之处在于：所述系统包括阻 尼电阻9、触发器5、能量转移开关和充电电阻8 ;
[0007] 所述能量转移开关为场畸变触发开关6 ;
[0008] 所述阻尼电阻9 一端与初级脉冲源输出端4电连接，另一端与场畸变触发开关6 的一端电连接，所述阻尼电阻9、场畸变触发开关6置于变压器油绝缘介质环境中；
[0009] 所述触发器5由触发器直接从初级脉冲源自耦合产生百千伏触发脉冲；
[0010] 所述触发器5输入端通过充电电阻8与初级脉冲源输出端4电连接，其输出端通 过一保护电阻12连接至场畸变触发开关6的触发电极；所述场畸变触发开关6的另一端接 地。
[0011] 上述能量转移系统还包括机械接地开关7 ;
[0012] 所述阻尼电阻9另一端与机械接地开关7的一端电连接，所述机械接地开关7置 于变压器油绝缘介质环境中；所述机械接地开关7的另一端接地。
[0013] 上述触发器5包括装有变压器油的箱体19、浸置于变压器油内的触发信号模块 32 ；
[0014] 所述触发信号模块包括外壳为"工"字形柱状尼龙电缆支座24,设置在尼龙电缆支 座底端的圆盘形高压板15,设置在尼龙电缆支座上端的圆盘形接地板16,沿模块中心轴线 上下排布的多个串连的圆柱形峰化电容17,设置在峰化电容外围的有机玻璃套筒23,设置 在有机玻璃套筒外圆周呈120度夹角分布的自击穿峰化开关31、自击穿短路开关18和充电 测量单元22 ;所述圆柱形峰化电容两端分别同高压板和接地板相连接；所述高压板通过充 电电阻13连接至初级脉冲源输出端；所述自击穿峰化开关一端同高压板相接，另一端通过 一峰化电阻21连接至接地板；所述自击穿短路开关一端连接至高压板，另一端通过一阻尼 电阻20连接至接地板；所述峰化电阻高压端通过一绕置在尼龙电缆支座上的输出电缆25 输出。
[0015] 上述能量转移系统还包括浸置于变压器油内的Marx模块21 ;
[0016] 所述Marx模块包括两个触发电阻30、两只±100kV触发开关27、两级R-L-C放电 回路26,所述两级R-L-C放电回路包括垒砌在一起的四个电容，所述触发信号模块32的输 出电缆25同时与两个触发电阻的一端连接，两个触发电阻的另一端分别连接两只±100kV 触发开关的触发端口，所述垒砌在一起的四个电容中相邻电容充电极性相反，依次串联，且 每一级R-L-C放电回路的两个电容之间接一只±100kV触发开关27 ;四个电容串联后的其 中一端通过箱体接地，另一端输出触发脉冲。
[0017] 5、根据权利要求4所述的基于初级脉冲源自耦合的能量转移系统，其特征在于：
[0018] 所述Marx模块的输出端设置一回流板和接地电阻，所述回流板一端连接至Marx 模块接地电阻低压端，另一端连接至靠近触发输出端口的油箱外壳，整体倾斜；接地电阻高 压端连接至触发输出端，放电形成过程中充当脉冲隔离电阻；所述触发信号模块和Marx模 块固定于变压器油箱体内的尼龙板上。
[0019] 上述阻尼电阻9的阻值不小于初级脉冲源2内阻值；所述充电电阻8为阻值可调 电阻。
[0020] 上述阻尼电阻9的阻值等于初级脉冲源2内阻值。
[0021] 上述机械接地开关7、场畸变触发开关6和触发器5均固定于初级脉冲源上盖板 1，其中触发器5位于初级脉冲源上盖板1的上方，机械接地开关7、场畸变触发开关6位于 初级脉冲源上盖板1的下方。
[0022] -种基于初级脉冲源自耦合的能量转移方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
[0023] 1)外部直流电源对初级脉冲源2储能部件充电；
[0024] 2)当初级脉冲源储能部件电压充电超过预设值的95%时，若初级脉冲源发生自 放电，则其对下游传输线进行充电的同时，触发器通过充电电阻也进行充电，触发器经过一 系列信号放大及时间延迟输出百千伏量级触发脉冲至场畸变触发开关控制其导通，并通过 阻尼电阻9将初级脉冲源的储能进行释放；
[0025] 3)若初级脉冲源充电至预设值100%时均未发生自放电，则装置控制系统发出系 列控制信号以实现系统正常运行；同时初级脉冲源电压建立特定时间后主开关击穿并导 通，所述特定时间为下游传输线充电至90%?95%峰值时间；
[0026] 4)触发器在主开关击穿后延迟特定时间再对场畸变触发开关进行触发，所述特定 时间为百纳秒量级；
[0027] 5)若主开关正常工作，则场畸变触发开关获得触发脉冲时，其两端电压接近于零， 场畸变开关将不再动作；
[0028] 若主开关未动作或者动作延迟，则场畸变触发开关获得触发脉冲时，其两端电压 接近初级脉冲源峰值电压，场畸变触发开关动作，实现初级脉冲源储能的释放。
[0029] -种基于初级脉冲源自耦合的能量转移方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
[0030] 1)外部直流电源对初级脉冲源2储能部件充电，同时机械接地开关7始终处于闭 合状态；
[0031] 2)当初级脉冲源储能部件电压充电未到达预设值的95%时，若初级脉冲源2发生 自放电，则初级脉冲源2通过阻尼电阻9和机械接地开关7直接将初级脉冲源的储能进行 释放；
[0032] 3)当初级脉冲源储能部件电压充电至预设值的95%时，机械接地开关断开；
[0033] 4)当初级脉冲源储能部件电压充电超过预设值的95%时，若初级脉冲源发生自 放电，则其对下游传输线进行充电的同时，触发器通过充电电阻也进行充电，触发器经过一 系列信号放大及时间延迟输出百千伏量级触发脉冲至场畸变触发开关控制其导通，并通过 阻尼电阻9将初级脉冲源的储能进行释放；
[0034] 5)若初级脉冲源充电至预设值100%时均未发生自放电，则装置控制系统发出系 列控制信号以实现系统正常运行；同时初级脉冲源电压建立特定时间后主开关导通，所述 特定时间为下游传输线充电至90%?95%峰值时间；
[0035] 6)触发器在主开关导通设定击穿时刻延迟特定时间后对场畸变触发开关进行触 发，所述特定时间为百纳秒量级；
[0036] 7)若主开关正常工作，则场畸变触发开关获得触发脉冲时，其两端电压接近于零， 场畸变触发开关将不再动作；
[0037] 若主开关未动作或者动作延迟，则场畸变触发开关获得触发脉冲时，其两端电压 接近初级脉冲源峰值电压，场畸变触发开关动作，实现初级脉冲源储能的释放。
[0038] 本发明优点：
[0039] 本发明的基于初级脉冲源充电的自耦合能量转移系统，由于触发器输出电压脉冲 直接从初级脉冲源自耦合产生，同时能量转移开关选择触发类型开关，有效解决了初级脉 冲源自放电和短时间充电条件下传统能量转移系统的不适用性问题。
[0040] 另外，整个系统均工作于变压器油介质环境中，特别是能量转移开关为一油介质 场畸变触发开关，大大减小了系统整体的结构尺寸，有利于脉冲功率装置整体的紧凑性结 构设计。
[0041] 机械接地开关、场畸变触发开关和触发器工作时刻均具有严格的时序，其中场畸 变触发开关和触发器工作时序由能量转移系统基于初级脉冲源自耦合产生，无需外围电路 进一步控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0042] 图1是本发明的系统结构示意图。
[0043] 图2是Marx模块"弓"字形放电回路。
[0044] 图3是本发明的纵剖面结构示意图。
[0045] 图中：1-初级脉冲源上盖板，2-初级脉冲源，3-初级脉冲源储能部件，4-初级脉冲 源输出端，5-触发器，6-场畸变触发开关（即能量转移开关），7-机械接地开关，8-充电电 阻，9-阻尼电阻，10-传输线，11-主开关，12-保护电阻，13-充电电阻；14-尼龙板；15-高 压板；16-接地板；17-峰化电容；18-自击穿短路开关；31-峰化开关；20-阻尼电阻；21-峰 化电阻；22-充电测量单元；23-有机玻璃套筒；24-尼龙电缆支座；25-输出电缆；26-R-L-C 放电回路；27-触发开关；28-接地电阻；29-回流板；30-触发电阻；19-箱体；32-触发信号 模块；33-Marx模块。
【具体实施方式】
[0046] 本发明的基于初级脉冲源自耦合的能量转移系统，其特点是，整个系统主要由五 部分组成：机械接地开关、场畸变触发开关（简称场畸变触发开关）、触发器、阻尼电阻和 充电电阻；其中，机械接地开关、场畸变触发开关和触发系统均固定于初级脉冲源上盖板； 阻尼电阻一端与初级脉冲源输出端（即高压端）电连接，另一端分别与场畸变触发开关和 机械接地开关电连接，并统一置于变压器油绝缘介质环境中；触发器输入端通过一充电电 阻与初级脉冲源输出端电连接，输出端直接通过一保护电阻连接至场畸变触发开关触发电 极。实际工作中，在外围电源对初级脉冲源储能部件充电过程中（此过程约数百纳秒），机 械接地开关始终处于闭合状态，如在此过程中初级脉冲源发生自放电，初级脉冲源可以通 过阻尼电阻和机械接地开关直接将其储能进行释放，不会对其自身及装置其它部件构成损 害；当初级脉冲源储能部件电压充电至预设值的95%时，机械接地开关断开，同时外围电 源继续对储能部件充电，直至预设值为止，如在此过程中（约几秒时间）初级脉冲源发生 自放电，其会对下游传输线进行充电，同时触发器通过充电电阻也会进行充电，触发器经过 一系列信号放大及时间延迟输出百千伏量级触发脉冲至场畸变触发开关控制其导通，并通 过阻尼电阻将储能进行释放；若初级脉冲源充电至预设值均未发生自放电，装置控制系统 发出系列控制信号以实现系统正常运行，此时要求初级脉冲源电压建立特定时间（一般为 下游传输线充电至90 %?95%峰值时间）后，主开关导通；但无论主开关是否按设定时序 导通，触发器均会在主开关导通设定击穿时刻延迟特定时间（约百纳秒）后对场畸变触发 开关进行触发；若主开关正常工作，则场畸变触发开关获得触发脉冲时，其开关两端电压接 近于零，开关将不再动作，若主开关未动作或者动作延迟，则场畸变触发开关获得触发脉冲 时，其开关两端电压接近初级脉冲源峰值电压，场畸变触发开关动作，实现初级脉冲源储能 的释放。基于以上工作过程，本发明实现了脉冲功率装置从初级脉冲源储能部件开始充电 时刻至主开关动作时刻的全时域多种状态保护。
[0047] 触发器输出电压脉冲直接通过一充电电阻与初级脉冲源自耦合产生，通过调节充 电电阻数值可实现触发器输出脉冲延迟时间。
[0048] 触发器具体包括触发信号模块32和Marx模块33两个部分。触发信号模块32整 体呈圆柱状结构，最外围为一"工"字型尼龙电缆支座25,上端与接地板16相接，下端与高 压板15相接；位于触发信号模块32中心轴线位置为一 0. 93nF的圆柱状峰化电容17,其一 端连接至高压板15,另一端连接至接地板16,其外围设置有一有机玻璃套筒23,以防止峰 化电容17在充电情况下同外围各部件之间发生击穿放电；有机玻璃套筒23外围均布着峰 化开关31、短路开关18和充电测量单元22,三者一端均与高压板15电连接；充电测量单元 22另一端直接连接至接地板16,短路开关18另一端通过一 5 Ω阻尼电阻20连接至接地板 16,峰化开关31另一端通过一 1. 5kQ峰化电阻21连接至接地板16 ;同时，峰化电阻21高 压端连接一 50 Ω输出电缆25,电缆长约7m，整体缠绕于尼龙电缆支座24上（图3中未能 画出），其另一端连接至Marx模块33中的触发电阻30中间金属部分；触发信号模块32的 高压板3通过一 1.5kQ充电电阻13与初级脉冲源高压端电连接；在实际工作中，初级脉冲 源通过充电电阻13为峰化电容器17充电，当其充电幅值约70kV时，峰化开关31导通，并 在峰化电阻21上产生一触发信号，该信号通过输出电缆25成形在末端开路条件下输出一 幅值约140kV、脉宽约70ns的触发脉冲；峰化开关31导通约35ns时间后，短路开关18导通 并通过阻尼电阻20将源自于初级脉冲源的电流释放，而整个工作过程可以通过充电测量 单元22在示波器上进行观察。Marx模块33是对前级触发信号的放大，其由两级R-L-C放 电回路26构成，触发信号模块32产生的触发脉冲通过触发电阻30直接作用于两个触发开 关27的触发电极，引燃触发开关27并在接地电阻28高压端产生一更高幅值的触发脉冲， 在R-L-C放电回路26预充电100kV的条件下，系统最终可获得峰值约400kV的触发脉冲； 同时，为了减小输出端电感，获得较快前沿触发脉冲，输出端设置有一回流板29,其一端连 接至接地电阻28低压端，另一端连接至变压器油箱体19输出端口附近；最后，触发信号模 块31和Marx模块33固定于同一尼龙板之上，然后整体浸置于95cmX 55cmX 45cm变压器 油箱体19内，形成一个紧凑型的触发系统。
[0049] 机械接地开关、场畸变触发开关和触发器工作时刻均具有严格的时序，其中场畸 变触发开关和触发器工作时序由能量转移系统基于初级脉冲源自耦合产生，无需外围电路 进一步控制。
[0050] 图1中，本发明的基于初级脉冲源自耦合的能量转移系统主要由五个部分组成： 机械接地开关7、场畸变触发开关（简称场畸变触发开关）6、触发器5、阻尼电阻9和充电电 阻8,其中机械接地开关7、场畸变触发开关6和触发器5固定于初级脉冲源箱体1上部。触 发器5通过一 1. 5kQ充电电阻与初级脉冲源输出端4电连接，用于耦合源于初级脉冲源的 充电电压，触发器输出电压脉冲直接通过保护电阻作用于场畸变触发开关6触发电极；初 级脉冲源输出端4设置一阻值约为初级脉冲源2内阻量值的阻尼电阻9,以减小初级脉冲源 2通过能量转移系统释放能量时的电流反峰值，同时确保较快的能量释放速度；阻尼电阻9 另一端分别与场畸变触发开关6和机械接地开关7相连接，二者开关另一端则均与初级脉 冲源箱体1相连接（即地电位），整个能量转移系统均工作于变压器油环境中，以减小系统 整体结构尺寸。能量转移系统工作时间段从初级脉冲源储能部件3充电时刻开始至主开关 11导通后特定时间（约300ns)结束，以本实施例为例，整个能量转移系统工作过程如下 ： 首先外围电路对初级脉冲源储能部件2进行充电，在此过程中机械接地开关7闭合，直至 初级脉冲源储能部件2充电至其预设值约95%时刻将其断开（约400ns);若在此过程中， 初级脉冲源2发生自放电，其储能通过阻尼电阻、接地开关将释放至地导体；机械接地开关 7断开后，外围电路继续对初级脉冲源储能部件3充电，直至其预设电压值70kV，若在此过 程中初级脉冲源2发生自放电，则初级脉冲源2会对下游传输线10进行充电，同时也会通 过充电电阻8在触发器5内耦合一初级电压脉冲，触发器5将其放大和时间延迟后输出约 400kV电压脉冲至场畸变触发开关6触发极，控制其导通并释放储能；当初级脉冲源储能部 件3充电至预设值70kV时仍未发生异常，初级脉冲源2和后端主开关11在外围电路控制下 按特定时序动作，在此过程中，无论主开关11工作正常与否，触发器5均会在初级脉冲源2 电压建立特定延时后通过一保护电阻12输出触发脉冲信号至场畸变触发开关6 ;若在此过 程中，主开关11正常工作，场畸变触发开关6获得触发脉冲时其主电极两端电压基本为零， 间隙不再导通，即能量转移系统不动作；而当初级脉冲源对下游传输线10充电至其峰值的 90%?95%时间后特定时间（约200ns)，主开关11仍未导通，场畸变触发开关6获得触发 脉冲时其两端电压接近下游传输线10充电电压峰值，此时开关迅速导通，并通过阻尼电阻 将初级脉冲源2储能进行释放。通过上述工作过程，本发明的基于初级脉冲源自耦合的能 量转移系统实现了初级脉冲源2具有较短充电时间和自放电故障的多状态有效保护。
[0051] 触发器5输出的400kV电压脉冲直接通过一 1. 5kΩ充电电阻8与初级脉冲源2 自耦合产生，通过调节充电电阻8数值可以获得不同时间延迟触发信号的输出，用于不同 工作状态的保护。
[0052] 阻尼电阻9的电阻值大于或等于初级脉冲源2内阻，等于初级脉冲源2内阻时可 以实现可接受电流反峰阈值范围下的最快能量释放速度。
[0053] 机械接地开关、场畸变触发开关和触发器工作时刻均具有严格的时间顺序，但其 时间间隔并不唯一；基于上文所述工作原理，各部件彼此工作时间间隔可依据初级脉冲源 2参数及主开关11工作时刻进行适当调整。
[0054] 本发明的基于初级脉冲源2自耦合的能量转移系统，在实际应用中，若对初级脉 冲源2低压阶段保护无特别需求时，本系统可移除机械接地开关7,只用于保护初级脉冲源 2高压阶段。
【权利要求】
1. 一种基于初级脉冲源自耦合的能量转移系统，其特征在于：所述系统包括阻尼电阻 (9)、触发器（5)、能量转移开关和充电电阻（8); 所述能量转移开关为场畸变触发开关（6); 所述阻尼电阻（9) 一端与初级脉冲源输出端（4)电连接，另一端与场畸变触发开关（6) 的一端电连接，所述阻尼电阻（9)、场畸变触发开关（6)置于变压器油绝缘介质环境中； 所述触发器（5)由触发器直接从初级脉冲源自耦合产生百千伏触发脉冲； 所述触发器（5)输入端通过充电电阻（8)与初级脉冲源输出端（4)电连接，其输出端 通过一保护电阻（12)连接至场畸变触发开关（6)的触发电极；所述场畸变触发开关（6)的 另一端接地。
2. 根据权利要求1所述的基于初级脉冲源自耦合的能量转移系统，其特征在于：还包 括机械接地开关（7); 所述阻尼电阻（9)另一端与机械接地开关（7)的一端电连接，所述机械接地开关（7) 置于变压器油绝缘介质环境中；所述机械接地开关（7)的另一端接地。
3. 根据权利要求1或2所述的基于初级脉冲源自耦合的能量转移系统，其特征在于： 所述触发器（5)包括装有变压器油的箱体（19)、浸置于变压器油内的触发信号模块 (32)； 所述触发信号模块包括外壳为"工"字形柱状尼龙电缆支座（24)，设置在尼龙电缆支 座底端的圆盘形高压板（15)，设置在尼龙电缆支座上端的圆盘形接地板（16)，沿模块中心 轴线上下排布的多个串连的圆柱形峰化电容（17)，设置在峰化电容外围的有机玻璃套筒 (23)，设置在有机玻璃套筒外圆周呈120度夹角分布的自击穿峰化开关（31)、自击穿短路 开关（18)和充电测量单元（22); 所述圆柱形峰化电容两端分别同高压板和接地板相连接；所述高压板通过充电电阻 (13)连接至初级脉冲源输出端；所述自击穿峰化开关一端同高压板相接，另一端通过一峰 化电阻（21)连接至接地板；所述自击穿短路开关一端连接至高压板，另一端通过一阻尼 电阻（20)连接至接地板；所述峰化电阻高压端通过一绕置在尼龙电缆支座上的输出电缆 (25)输出。
4. 根据权利要求3所述的基于初级脉冲源自耦合的能量转移系统，其特征在于： 还包括浸置于变压器油内的Marx模块（21); 所述Marx模块包括两个触发电阻（30)、两只±100kV触发开关（27)、两级R-L-C放电 回路（26)，所述两级R-L-C放电回路包括垒砌在一起的四个电容，所述触发信号模块（32) 的输出电缆（25)同时与两个触发电阻的一端连接，两个触发电阻的另一端分别连接两只 ±100kV触发开关的触发端口，所述垒砌在一起的四个电容中相邻电容充电极性相反，依次 串联，且每一级R-L-C放电回路的两个电容之间接一只±100kV触发开关（27);四个电容 串联后的其中一端通过箱体接地，另一端输出触发脉冲。
5. 根据权利要求4所述的基于初级脉冲源自耦合的能量转移系统，其特征在于： 所述Marx模块的输出端设置一回流板和接地电阻，所述回流板一端连接至Marx模块 接地电阻低压端，另一端连接至靠近触发输出端口的油箱外壳，整体倾斜；接地电阻高压端 连接至触发输出端，放电形成过程中充当脉冲隔离电阻；所述触发信号模块和Marx模块固 定于变压器油箱体内的尼龙板上。
6. 根据权利要求5所述的基于初级脉冲源自耦合的能量转移系统，其特征在于： 所述阻尼电阻（9)的阻值不小于初级脉冲源（2)内阻值；所述充电电阻（8)为阻值可 调电阻。
7. 根据权利要求4所述的基于初级脉冲源自耦合的能量转移系统，其特征在于： 所述阻尼电阻（9)的阻值等于初级脉冲源（2)内阻值。
8. 根据权利要求7所述的基于初级脉冲源自耦合的能量转移系统，其特征在于： 所述机械接地开关（7)、场畸变触发开关（6)和触发器（5)均固定于初级脉冲源上盖板 (1)，其中触发器（5)位于初级脉冲源上盖板（1)的上方，机械接地开关（7)、场畸变触发开 关（6)位于初级脉冲源上盖板（1)的下方。
9. 一种基于初级脉冲源自耦合的能量转移方法，其特征在于：包括以下步骤： 1) 外部直流电源对初级脉冲源（2)储能部件充电； 2) 当初级脉冲源储能部件电压充电超过预设值的95%时，若初级脉冲源发生自放电， 则其对下游传输线进行充电的同时，触发器通过充电电阻也进行充电，触发器经过一系列 信号放大及时间延迟输出百千伏量级触发脉冲至场畸变触发开关控制其导通，并通过阻尼 电阻（9)将初级脉冲源的储能进行释放； 3) 若初级脉冲源充电至预设值100%时均未发生自放电，则装置控制系统发出系列控 制信号以实现系统正常运行；同时初级脉冲源电压建立特定时间后主开关击穿并导通，所 述特定时间为下游传输线充电至90%?95%峰值时间； 4) 触发器在主开关击穿后延迟特定时间再对场畸变触发开关进行触发，所述特定时间 为百纳秒量级； 5) 若主开关正常工作，则场畸变触发开关获得触发脉冲时，其两端电压接近于零，场畸 变开关将不再动作； 若主开关未动作或者动作延迟，则场畸变触发开关获得触发脉冲时，其两端电压接近 初级脉冲源峰值电压，场畸变触发开关动作，实现初级脉冲源储能的释放。
10. -种基于初级脉冲源自耦合的能量转移方法，其特征在于：包括以下步骤： 1) 外部直流电源对初级脉冲源（2)储能部件充电，同时机械接地开关（7)始终处于闭 合状态； 2) 当初级脉冲源储能部件电压充电未到达预设值的95%时，若初级脉冲源（2)发生自 放电，则初级脉冲源（2)通过阻尼电阻（9)和机械接地开关（7)直接将初级脉冲源的储能 进行释放； 3) 当初级脉冲源储能部件电压充电至预设值的95%时，机械接地开关断开； 4) 当初级脉冲源储能部件电压充电超过预设值的95%时，若初级脉冲源发生自放电， 则其对下游传输线进行充电的同时，触发器通过充电电阻也进行充电，触发器经过一系列 信号放大及时间延迟输出百千伏量级触发脉冲至场畸变触发开关控制其导通，并通过阻尼 电阻（9)将初级脉冲源的储能进行释放； 5) 若初级脉冲源充电至预设值100%时均未发生自放电，则装置控制系统发出系列控 制信号以实现系统正常运行；同时初级脉冲源电压建立特定时间后主开关导通，所述特定 时间为下游传输线充电至90%?95%峰值时间； 6) 触发器在主开关导通设定击穿时刻延迟特定时间后对场畸变触发开关进行触发，所 述特定时间为百纳秒量级； 7)若主开关正常工作，则场畸变触发开关获得触发脉冲时，其两端电压接近于零，场畸 变触发开关将不再动作； 若主开关未动作或者动作延迟，则场畸变触发开关获得触发脉冲时，其两端电压接近 初级脉冲源峰值电压，场畸变触发开关动作，实现初级脉冲源储能的释放。
【文档编号】H02H9/00GK104113051SQ201410320331
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月7日 优先权日:2014年7月7日
【发明者】呼义翔, 曾江涛, 孙凤举, 尹佳辉, 魏浩, 丛培天 申请人:西北核技术研究所