800kV高压硅堆均压设计的计算分析和实验研究

摘要

硅堆是直流高电压发生器中的关键整流元件，长期以来硅堆内部的均压问题一直困扰着人们。因为电压分布不均，硅堆串中承担反向电压最大的单管有可能首先击穿，从而导致发生一系列击穿，致使硅堆完全损坏。所以电压分布不均是高压硅堆实际应用中需要解决的重要问题。而硅堆电压分布不均的现象在端部最为突出。本文以硅堆分布参数等效电路为基础，先采用解析方法分析硅堆内部电压分布规律和影响因素。针对硅堆端部电压分布尤其不均匀的特点，建立ATP仿真模型，分析端部强制均压元件参数对硅堆电压分布不均匀系数的影响。提出采用非等值均压参数配置方法改善端部电压分布。推导出了硅堆均压参数配置的方法，并实验验证了这种非等值均压参数配置方法对改善高压硅堆电压分布不均匀度的效果。研究表明，这种端部均压方法能有效降低硅堆端部的分压，从而提高硅堆整体的反向耐压，节约硅整流管。根据端部均压的方法本文最终设计出了能耐受800kV工频反向电压的硅堆。而本文推导出的非等值均压参数配置的方法可以在理论上达到硅堆电压的均匀分布，大幅提高了硅堆的电压利用率。