用于聚變的強(qiáng)激光脈沖由儲(chǔ)能高壓電容器對(duì)氙燈負(fù)載放電并通過(guò)特定的光路系統(tǒng)產(chǎn)生。負(fù)載電流是高壓大脈沖電流，其電源系統(tǒng)的故障與保護(hù)仿真研宄極為關(guān)鍵，但目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)研宄的報(bào)導(dǎo)很少。文對(duì)系統(tǒng)故障作了分析并提出了對(duì)策，本文以單模塊電源系統(tǒng)為例仿真研宄了系統(tǒng)母排接地、單臺(tái)電容器內(nèi)部擊穿、傳輸電纜開(kāi)路故障，同時(shí)分析電容器保護(hù)元件參數(shù)變化對(duì)保護(hù)效果的影響，為系統(tǒng)保護(hù)方案設(shè)計(jì)、保護(hù)元件參數(shù)選取提供理論依據(jù)，節(jié)省設(shè)計(jì)、試驗(yàn)的時(shí)間、費(fèi)用。

　　1系統(tǒng)故障仿真分析一路激光單模塊電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理見(jiàn)，系統(tǒng)故障主要為電容器接地、單臺(tái)電容器擊穿（即母排接地）、負(fù)載開(kāi)路與短路及電纜首端開(kāi)路等。本文按線(xiàn)路（去除保護(hù)元件L，R）在電容器充電23kV時(shí)用Pspice軟件仿真分析了以下重要故障情況：電容器內(nèi)部擊穿單臺(tái)電容器內(nèi)部擊穿時(shí)，高功率激光單模塊電源結(jié)構(gòu)原理圖所有其它己充電的電容器將對(duì)它放電，灌入該電容器的能量W見(jiàn)可見(jiàn)在100的短時(shí)間內(nèi)W600kJ，是自身儲(chǔ)能的100多倍，導(dǎo)致電容器的爆炸。

　　母排接地母排接地的故障電流（見(jiàn)）振蕩峰值超過(guò)允許短路電流7倍，其機(jī)械作用和熱效應(yīng)對(duì)電容器和設(shè)備結(jié)構(gòu)的損壞極大。

　　負(fù)載開(kāi)路負(fù)載開(kāi)路的仿真波形見(jiàn)傳單臺(tái)電容器擊穿時(shí)灌入的能量輸電纜電源端的電壓在23kV附近振蕩。

　　2保護(hù)元件參數(shù)變化與保護(hù)效果的仿真母排接地時(shí)的故障電流2.1保護(hù)元件參數(shù)的選取原則用大功率續(xù)流二極管和過(guò)壓保護(hù)元器可保護(hù)電源回路中比母線(xiàn)接地故障電流小的地方，但不能保護(hù)母線(xiàn)接地短路電流對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的損壞和反向大電流對(duì)電容器的損壞（一般對(duì)>100kA的脈沖電流的保護(hù)十分困難）另外對(duì)單臺(tái)電容器內(nèi)部擊穿時(shí)發(fā)生爆炸等問(wèn)題也須設(shè)法防止，但迄今電容器保護(hù)的研宄遠(yuǎn)為不夠，已有的保護(hù)不夠完善。現(xiàn)有高功率脈沖電源系統(tǒng)多用裸銅絲保護(hù)電容器，缺點(diǎn)是：銅絲易受潮和氧化；靈敏度差，開(kāi)斷時(shí)間不穩(wěn)定，分散性大，動(dòng)作后電容器可能承受過(guò)高反向殘壓。本文提出的措施是在電容器的出線(xiàn)端串接保護(hù)電感L、電阻R和快速限流熔斷器F（見(jiàn)）。為要保護(hù)效果好，F(xiàn)的截面和R、L值必須優(yōu)化，根據(jù)系統(tǒng)能量的傳輸效率、電容器所能承受的比較大反向電壓和比較大短路峰值電流、母排允許的短路電流、F的靈敏度和溫升綜合考慮確定，因保護(hù)元件參數(shù)值的選取不可能同時(shí)滿(mǎn)足上述條件，只能以其中某幾個(gè)為主，兼顧考慮其它條件。據(jù)此確定電容器的保護(hù)水平為：故障時(shí)短路電流<10kA，反向電壓<5kV，熔斷器過(guò)載倍數(shù)為5. 2.2參數(shù)的變化對(duì)保護(hù)效果的影響選定熔絲直徑后單臺(tái)電容充電23kV時(shí)用仿真試驗(yàn)確定不同保護(hù)元件參數(shù)RL下的母排短路電流的波形見(jiàn)、6.可知，同一作用積分值下不同保護(hù)元件參數(shù)的電流波形積分時(shí)間的上限值和電流值不同，即R、L不同時(shí)，熔斷器動(dòng)作（開(kāi)斷）時(shí)刻電流及電容器上的殘壓不同。通過(guò)仿真本文（比靠實(shí)驗(yàn)方便得多）選得L= 50mn，F(xiàn)的熔體熱負(fù)載倍數(shù)為5，在這種條件下試驗(yàn)驗(yàn)所得結(jié)果為12：限流電流9kA、反殘壓2.5kV. 3討論與結(jié)論不同電阻值的故障電流供了理論依據(jù)，使設(shè)計(jì)時(shí)間及實(shí)驗(yàn)費(fèi)用大為節(jié)省。

　　保護(hù)元件參數(shù)和熔絲直徑的優(yōu)化目標(biāo)為脈沖電容器的允許短路電流、開(kāi)斷時(shí)刻及反向殘壓。

　　根據(jù)仿真試驗(yàn)結(jié)果，選取合適的保護(hù)元件參數(shù)為電感50PH，電阻50mn熔斷器熔體熱負(fù)載過(guò)載倍數(shù)為5.