多路并聯LTD型Z箍縮裝置電路參數優化

范思源，魏 浩，龔振洲，李鵬超，孫鳳舉，邱愛慈，

(1. 西安交通大學 電力設備電氣絕緣國家重點實驗室，西安 710049；2. 強脈沖輻射環境模擬與效應國家重點實驗室，西安 710024)

目前國內外已建成多臺超高功率Z箍縮裝置，例如美國圣地亞國家實驗室峰值電流為26 MA 的ZR裝置[1]及中國工程物理研究院的10 MA裝置[2]等。為進一步提高Z箍縮裝置的峰值功率和電流，近年來國際上基于快脈沖直線型變壓器驅動源(linear transformer driver, LTD)技術[3-4]，提出了多臺大型Z箍縮裝置概念設計[5-9]。圖1為Z-300[8]裝置的概念設計示意圖，包括多路并聯LTD脈沖源、整體徑向變阻抗傳輸線(monolithic radial transmission lines，MRTLs)、絕緣堆-磁絕緣傳輸線系統(stack-MITLs system)及負載等部分。

圖1 Z-300裝置概念設計示意圖[8]Fig.1 Diagram of the conceptual design of Z-300[8]

在設計多路并聯LTD型Z箍縮裝置和參數優化過程中，對于給定負載參數(絲陣初始半徑、高度和質量等)，優化目標是在滿足單個LTD感應腔電氣與幾何參數、絕緣堆棧外徑、工作電場強度及大面積水介質的絕緣安全等工程限制條件下，以最小的LTD脈沖源儲能，輸出預期的負載峰值電流及聚爆時間。

Z箍縮裝置各系統之間存在強關聯耦合。以往Z箍縮裝置總體設計通常是：首先，基于已有裝置的設計數據或半經驗公式，初步估算和選定LTD感應腔串并聯數、絕緣堆電壓及中心匯流區半徑等關鍵參數，估算中心匯流區電感和MRTLs輸出阻抗的初始值；然后，將這些參數代入電路模型，獲得初始參數組合下絕緣堆電壓和輸出電流；再根據電路模擬結果對初始參數進行更新和反復迭代，最終確定Z箍縮裝置電路參數。……