CN114737877B - 一种高压脉冲破岩拓扑系统 - Google Patents

一种高压脉冲破岩拓扑系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压脉冲破岩拓扑系统，包括依次连接的发电机、高压变换单元、高压隔离及反压吸收单元、高压脉冲叠加单元、高压脉冲陡化单元、高压脉冲传输单元及破碎电极。高压变换单元用于将发电机输出的低压交流电变换为高压直流电；高压隔离及反压吸收单元包括由保护电阻、反压吸收电阻以及高压硅堆，保护电阻与高压变换单元串联，用于实现高压变换单元与高压脉冲叠加单元的电位隔离；高压硅堆与反压吸收电阻反并联于高压脉冲叠加单元，用于吸收高压脉冲叠加单元的电容上产生的反压；高压脉冲叠加单元将多级脉冲电容器的电压进行叠加，输出高压脉冲，经高压脉冲陡化单元进行陡化后，经高压脉冲传输单元传输至破碎电极以对岩石进行破碎。

Description

一种高压脉冲破岩拓扑系统
技术领域
本发明属于高电压技术领域，更具体地，涉及一种高压脉冲破岩拓扑系统。
背景技术
高压脉冲破岩技术是将脉冲功率技术应用于油气开采领域，通过施加快速上升的电压脉冲，使得岩石击穿场强小于液体击穿场强，使得放电通道形成于岩石内部。随着外部能量的注入，高温高压的等离子体通道快速向外膨胀，在极短的时间内产生强大的机械应力，向外辐射压力波，诱导周围岩层产生裂纹与破碎，在多次脉冲作用下，实现大体积破岩效果。
但是，高压脉冲破岩对输出电压波形的波前陡度要求较高，需要在100ns以内达到几百千伏的高压，才能使岩石先于绝缘液体发生击穿，对于驱动源要求输出特性以及绝缘性能均有较高的要求，已有的高压脉冲破岩装置往往采用分离式设计，装置体积大，装置中对地电容、回路电感、破碎电极泄漏电阻等分布参数对高压脉冲输出特性尤其是波前陡度与幅值影响大，将会导致输出电压上升时间增加与峰值下降，使得输出电压的陡度难以满足岩石击穿的条件，易发生液中击穿，有效破碎次数少，能量利用效率低，破碎速度慢。此外，现有的高压脉冲破岩装置没有考虑电容放电时回路处于欠阻尼状态，电容上电压会产生振荡，有可能会产生较高的反向电压，直接与充电设备连接将会造成充电设备的损坏，可靠性与安全性低，使用寿命短。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高压脉冲破岩拓扑系统，由此解决现有的高压脉冲破岩装置破碎效率低、可靠性与安全性低的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种高压脉冲破岩拓扑系统，包括：依次连接的发电机、高压变换单元、高压隔离及反压吸收单元、高压脉冲叠加单元、高压脉冲陡化单元、高压脉冲传输单元及破碎电极；
所述高压变换单元用于将发电机输出的低压交流电变换为高压直流电；
所述高压隔离及反压吸收单元包括由保护电阻、反压吸收电阻以及高压硅堆组成的T型回路，所述保护电阻与所述高压变换单元串联，用于实现所述高压变换单元与高压脉冲叠加单元的电位隔离；所述高压硅堆与反压吸收电阻反并联于所述高压脉冲叠加单元，用于吸收所述高压脉冲叠加单元的电容上产生的反压；
所述高压脉冲叠加单元包括多级脉冲电容器，用于将所述多级脉冲电容器的电压进行叠加，以输出高压脉冲；
所述高压脉冲经所述高压脉冲陡化单元进行陡化后，经所述高压脉冲传输单元传输至破碎电极以对岩石进行破碎。
优选地，所述高压脉冲传输单元包括高压脉冲传输线、复合绝缘子及辅助伞裙；
所述复合绝缘子为圆柱形，所述辅助伞裙设置于所述复合绝缘子外侧，所述高压脉冲传输线贯穿所述复合绝缘子的中心，一端与所述高压脉冲陡化单元的输出端连接，另一端与破碎电极连接。
优选地，所述高压脉冲叠加单元包括多个充电电感、气体开关、脉冲电容器、波头电阻及波尾电阻；
所述多个脉冲电容器并联充电储能，各脉冲电容器高压端之间采用充电电感隔离，所述波头电阻与波尾电阻用于调整高压脉冲叠加单元输出波形，所述多个脉冲电容器充电完成后通过击穿气体开关的进行串联放电，实现电容器电压的叠加，输出高压脉冲。
优选地，充电电感L与高压脉冲叠加单元级数n满足以下关系式：
Figure BDA0003531773980000031
其中，C0为单级电容值，Rl为负载电阻，n为高压脉冲叠加单元级数，ω为电容充电至首峰值的等效频率。
优选地，所述高压变换单元包括依次连接的低频低压整流电路、逆变器、谐振模块、变压器及高频高压整流电路，所述发电机输出的低压交流电依次经所述低频低压整流电路整流、逆变器、谐振模块、变压器及高频高压整流电路进行整流、逆变、谐振升压、再整流后，变换为高压直流电。
优选地，所述高压脉冲陡化单元包括电容及开关，所述高压脉冲叠加单元的输出电压为电容充电后击穿所述开关，以实现对所述输出电压的陡化。
优选地，所述电容CP与所述高压脉冲叠加单元中的充电电感L满足以下关系式：
Figure BDA0003531773980000032
其中，Rl为负载电阻。
优选地，所述破碎电极包括高压电极与接地电极，高压电极与接地电极均采用爪形结构，放置于同一平面，爪端等距离交错分布。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明提供的高压脉冲破岩拓扑系统，采用脉冲陡化电容以及陡化开关组成的脉冲陡化回路，将高压脉冲叠加单元输出的高压脉冲为陡化电容充电，达到峰值后击穿陡化开关，实现高压脉冲的陡化，以满足破碎要求，能够提高输出电压的上升沿陡度，提高岩石破碎速度与能量利用效率，从而提高岩石的破碎效率。
2、本发明提供的高压脉冲破岩拓扑系统，在高压变换单元与高压脉冲叠加单元之间设计了包括保护电阻、反压吸收电阻以及高压硅堆的高压隔离及反压吸收单元，所述保护电阻、反压吸收电阻以及高压硅堆组成T型回路，若电容两端出现反压，反并联于高压脉冲叠加单元的高压硅堆导通，此高压硅堆两端均为地电位，通过保护电阻实现高压变换单元输出电压与地电位的电位隔离，避免高压变换单元与地短路，造成损坏；高压脉冲叠加单元、高压硅堆以及反压吸收电阻形成回路，通过反压吸收电阻实现反压的快速吸收，使得装置恢复正常工作状态，提高设备的绝缘能力与反压吸收能力，从而提高设备的可靠性、安全性及使用寿命。
3、本发明提供的高压脉冲破岩拓扑系统，高压脉冲传输单元的高压传输线与接地线之间采用柱状复合绝缘子绝缘，绝缘子外设置辅助伞裙以增加沿面爬电距离，加强绝缘性能，提高绝缘强度。破碎电极单元高压电极与地电极均采用爪形结构，放置于同一平面，爪端等距离交错分布，能够提高破碎面积与破碎效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的高压脉冲破岩拓扑系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的高压变换单元的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的高压隔离与反压吸收单元、高压脉冲叠加单元与高压脉冲陡化单元的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的高压脉冲传输单元剖面示意图；
图5为本发明实施例提供的破碎电极仰视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例提供一种高压脉冲破岩拓扑系统，如图1所示，包括：依次连接的发电机、高压变换单元、高压隔离及反压吸收单元、高压脉冲叠加单元、高压脉冲陡化单元、高压脉冲传输单元及破碎电极；
所述高压变换单元用于将发电机输出的低压交流电变换为高压直流电。
具体地，发电机用于产生系统所需电能。
优选地，采用紧凑型发电机。例如，发电机选用可以应用于井下的紧凑型柴油发电机(例如：中国五菱生产的DH-6500C便携式柴油发电机，输出电压380V，输出功率40kW)产生系统所需要的能量，并将能量传输至高压变换单元，紧凑型柴油发电机集成于装置内部，避免随钻井深度的增加，导致传输电能所需的电缆增长以及能量损失的增加。
高压变换单元与发电机单元连接，用于将发电机单元输出的低压交流电变换为所需高压直流电。
具体地，高压变换单元采用单相全桥LC串联谐振变换器，与发电机单元连接，用于将发电机单元输出的低压交流电变换为所需高压直流电。
优选地，所述高压变换单元包括依次连接的低频低压整流电路、逆变器、谐振模块、变压器及高频高压整流电路，所述发电机输出的低压交流电依次经所述低频低压整流电路整流、逆变器、谐振模块、变压器及高频高压整流电路进行整流、逆变、谐振升压、再整流后，变换为高压直流电。
具体地，高压变换单元采用高压恒流充电装置，包括工频低压整流电路、逆变器、高频高压整流电路、谐振电路与脉冲变压器，通过先整流再逆变，谐振升压后再整流的方式进行恒流充电，减小设备体积以及充电时间，并通过反馈控制实现精准的充电。
优选地，低频低压整流电路选用耐压1kV的高压硅堆，LC滤波回路滤波后直流母线电压稳定在513V；逆变器采用定脉宽变频控制实现软开关，经过串联谐振后通过1:200的脉冲变压器实现电压变换，高频高压整流电路由于电压等级高，脉冲频率高，选择150kV耐压的高频高压硅堆实现整流。由于装置电压等级高，选择电阻时需要考虑电阻的耐压，此外电阻需要足够长，否则易发生沿面放电。
谐振模块可采用串联谐振、并联谐振或串并联谐振模式，如图2所示，本发明实施例优选LC串联谐振。
高压变换单元利用工频整流硅堆将发电机单元输出的三相交流电进行整流，通过LC滤波整流后的脉动电压转换为低脉动的恒定直流电压，再利用全桥逆变器将直流电压转换为高频脉冲，通过串联谐振电路实现恒流控制以及软开关，利用脉冲变压器实现电压幅值变换，经过高频高压整流硅堆后变为电容充电所需的直流电，通过高压隔离与反压吸收单元，传输至高压脉冲叠加单元，通过电压与电流闭环控制实现准确并线性地使高压脉冲叠加单元电容电压达到所需电压。
所述高压隔离及反压吸收单元包括由保护电阻R1、反压吸收电阻R2以及高压硅堆D组成的T型回路，所述保护电阻R1与所述高压变换单元串联，用于实现所述高压变换单元与高压脉冲叠加单元的电位隔离；所述高压硅堆D与反压吸收电阻R2反并联于所述高压脉冲叠加单元，用于吸收所述高压脉冲叠加单元的电容上产生的反压。
具体地，高压隔离以及反压吸收单元采用保护电阻、反压吸收电阻以及高压硅堆组成的T型回路，用以实现高压变换单元与高压脉冲叠加单元的电位隔离，吸收高压脉冲叠加单元电容上产生的反压。其中，保护电阻与高压变换单元串联，实现高压变换单元与高压脉冲叠加单元的电位隔离以及对高压变换单元的保护。高压硅堆与反压吸收电阻反并联于高压脉冲叠加单元，用于吸收高压脉冲叠加单元电容上的反压。
如图3所示，保护电阻R1与反压吸收电阻R2串联，高压硅堆D反并联于保护电阻之后，其阳极通过铜排接地，其阴极与保护电阻、反压吸收电阻连接处通过螺母连接。
保护电阻可选择1000Ω的高压棒状玻璃釉电阻，长度80cm，反压吸收电阻R2可选择500Ω的高压棒状玻璃釉电阻，长度50cm，反压吸收时间为0.5ms，可以快速完成反压吸收。其反压吸收的具体过程为，当高压脉冲叠加单元上出现反压时，反并联于高压脉冲叠加单元的高压硅堆导通，此高压硅堆两端均为地电位，通过保护电阻实现高压变换单元输出电压与地电位的电位隔离，高压脉冲叠加单元、高压硅堆以及反压吸收电阻形成回路，通过反压吸收电阻实现反压的吸收。
所述高压脉冲叠加单元包括多级脉冲电容器，用于将所述多级脉冲电容器的电压进行叠加，以输出高压脉冲。
具体地，多级脉冲电容器并联充电储能，多级电容器通过隔离电感并联充电以存储高压变换单元传输的能量，脉冲电容器高压端采用电感隔离，设置波头电阻与波尾电阻用以调整输出波形，脉冲电容器充电完成后通过气体开关的击穿串联放电，实现电容器电压的叠加，输出高压脉冲。
优选地，所述高压脉冲叠加单元包括多个充电电感L、气体开关g、脉冲电容器C、波头电阻Rf及波尾电阻Rt；
所述多个脉冲电容器并联充电储能，各脉冲电容器高压端之间采用电感隔离，所述波头电阻与波尾电阻用于调整高压脉冲叠加单元输出波形，所述多个脉冲电容器充电完成后通过击穿气体开关的进行串联放电，实现电容器电压的叠加，输出高压脉冲。
具体地，充电电感用以限制脉冲电容器充电电流，并实现电容器之间的隔离。脉冲电容器并联充电存储电能，为产生高压脉冲提供能量。通过气体开关的击穿，实现脉冲电容器的串联放电，完成高压脉冲的叠加。波头电阻用以限制高压脉冲放电时电流的幅值与调整电压上升沿时间。波尾电阻实现放电后电能的泄放。
如图3所示，高压脉冲叠加单元302各级具有重复性，故图3中仅绘制第一级与最后一级。在本例中，高压脉冲叠加单元为5级，其额定输出电压500kV，额定能量5kJ，采用同轴式设计，其中脉冲电容器C，其容值200nF、额定电压100kV，充电电流为0.5A时，充电时间约为0.2s，可以实现重频充放电，其第一级脉冲电容器与高压隔离与反压吸收单元的反压吸收电阻通过铜排连接。隔离电感L连接相邻脉冲电容器高压端通过铜排与螺母固定，其感值为220μH，具体设计中绕制于每一级电容两侧的支撑绝缘子上，以减小设备体积。
波头电阻Rf选用1Ω的金属电阻，长度40cm，通过螺母连接气体开关阴极与下级电容低压端。波尾电阻选用170Ω的金属电阻，长度40cm，通过螺母连接本级电容低压端与气体开关阴极。气体开关g均由两个直径8cm、高6cm，厚度2cm、间隙距离2cm的空心圆柱组成，其中阴极中心设有直径2mm，高度4cm起晕针，用以减小开关导通时间，其密封于环氧绝缘材料制成的容器内，设有充气口，通过调节气压可以控制击穿电压。第一级球间隙开关采用外部触发产生击穿，后续开关自击穿。
优选地，充电电感L与高压脉冲叠加单元级数n满足以下关系式：
Figure BDA0003531773980000081
其中，C0为单级电容值，Rl为负载电阻，n为高压脉冲叠加单元级数，ω为电容充电至首峰值的等效频率。
具体地，波头电阻与波尾电阻分散在每个电容器与气体开关的连接处，每一级电容通过本级连接的波尾电阻实现电能的泄放。其充电电感选取应满足式(1)。
若电容两端出现反压，反并联于高压脉冲叠加单元的高压硅堆D导通，此高压硅堆两端均为地电位，通过保护电阻R1实现高压变换单元输出电压与地电位的电位隔离，避免高压变换单元与地短路，造成损坏。
高压脉冲叠加单元、高压硅堆以及反压吸收电阻形成回路，通过反压吸收电阻R2实现反压的快速吸收，使得装置恢复正常工作状态，反压吸收的时间为t＝5RC0，R为反压吸收电阻，C0为单级储能电容。高压脉冲叠加单元在充电完成后，第一级气体开关通过外部触发实现击穿，后续气体开关两端电压超过其工作电压实现自击穿，使得高压脉冲叠加单元的脉冲电容器串联放电，实现高压脉冲幅值的叠加，使得输出电压幅值满足岩石击穿要求。
所述高压脉冲经所述高压脉冲陡化单元进行陡化后，经所述高压脉冲传输单元传输至破碎电极以对岩石进行破碎。
优选地，所述高压脉冲陡化单元包括电容CP及开关s，所述高压脉冲叠加单元的输出电压为电容CP充电后击穿所述开关s，以实现对所述输出电压的陡化。
具体地，所述高压脉冲陡化单元采用脉冲陡化电容以及陡化开关组成的脉冲陡化回路，将高压脉冲叠加单元输出的高压脉冲为陡化电容充电，达到峰值后击穿陡化开关，实现高压脉冲的陡化，以满足破碎要求。
如图3所示，高压脉冲陡化单元303包括脉冲陡化电容Cp以及脉冲陡化开关s，脉冲陡化电容高压端以及脉冲陡化开关阳极与高压脉冲叠加单元最后一级的气体开关阴极通过螺母连接固定，脉冲陡化电容低压端通过铜排接地。陡化电容的取值与线路参数有关，过大与过小均不能很好的实现陡化作用，其取值与放电回路电感与负载电阻有关，在电压上升沿阶段，负载电阻为破碎电极单元泄漏电阻，破碎电极单元放置于电导率为34.7mS/m的自来水中，泄漏电阻大小为128Ω，回路电感经过计算为14.53μH，故在本实施例中，选择88.6pF的脉冲电容器作为陡化电容。当电容器充电70kV，经过陡化，装置输出电压峰值约为274kV，上升时间约为143ns，满足岩石破碎要求。
优选地，所述电容CP与所述高压脉冲叠加单元中的充电电感L满足以下关系式：
Figure BDA0003531773980000101
其中，Rl为负载电阻。
具体地，叠加后的高压脉冲传输至高压脉冲陡化单元，在高压脉冲陡化单元中气体开关击穿前，回路工况为储能电容串联等效电容对陡化电容充电，流过陡化电容的电流为
Figure BDA0003531773980000102
陡化电容上的电压为Vc＝V0(1-cos(ω0t))，由于陡化电容远小于储能电容串联等效电容，故
Figure BDA0003531773980000103
V0为脉冲叠加单元输出电压峰值，L为回路电感，Cp为陡化电容。当
Figure BDA0003531773980000104
时，陡化电容电压达到脉冲叠加单元输出电压峰值，此时高压脉冲陡化单元气体开关击穿，此时回路流过电流必须满足
Figure BDA0003531773980000105
因此选择陡化电容有ω0L＝Rl，代入ω0计算公式有
Figure BDA0003531773980000106
陡化电容器取值应与电路参数相配合，过大或过小均会影响陡化效果。经过陡化的高压脉冲通过高压脉冲传输单元传输至破碎电极单元，实现电能到机械能的转化，完成岩石的破碎。其中高压脉冲叠加单元中波头电阻以及波尾电阻，除调整波头与波尾时间外，还复用实现脉冲电容器间的电位隔离。
现有的高压脉冲破岩装置产生的高压脉冲通常通过线缆输出，由于输出脉冲电压等级高，易发生线缆间的绝缘击穿，造成高压脉冲传输设备的损坏。
对此，优选地，所述高压脉冲传输单元包括高压脉冲传输线、复合绝缘子及辅助伞裙；
所述复合绝缘子为圆柱形，所述辅助伞裙设置于所述复合绝缘子外侧，所述高压脉冲传输线贯穿所述复合绝缘子的中心，一端与所述高压脉冲陡化单元的输出端连接，另一端与破碎电极连接。
具体地，所述高压脉冲传输单元使用复合绝缘材料实现绝缘。如图4所示，所述高压脉冲传输线401与接地线之间采用柱状复合绝缘子402绝缘，通过绝缘辅助伞裙405提高爬电距离，增加绝缘距离，提高绝缘强度。
进一步地，复合绝缘子402外侧设计法兰盘403用以连接接地线，高压脉冲传输线为贯穿复合绝缘子中心的铜柱，将高压脉冲传输至破碎电极。
优选地，所述破碎电极包括高压电极与接地电极，高压电极与接地电极均采用爪形结构，放置于同一平面，爪端等距离交错分布。
具体地，所述破碎电极采用爪状电极设计，包括高压电极407与接地电极404两部分，高压电极与高压脉冲传输线连接，地电极接地，利用高压脉冲在高压电极与地电极之间的放电实现岩石的破碎。
进一步地，如图4所示，高压脉冲传输线从柱状复合绝缘子中心引出，连接至破碎电极单元的高压电极。接地线与破碎电极单元地电极连接并固定于柱状复合绝缘子外表面的法兰盘403。破碎电极单元高压电极与地电极均采用爪形结构，放置于同一平面，爪端等距离交错分布，提高破碎面积与破碎效率。
高压脉冲传输单元中复合绝缘子402为圆柱体，长2890mm，直径220mm，工频耐压230kV，雷电冲击耐压550kV，绝缘子外设置辅助伞裙405以增加沿面爬电距离，加强绝缘性能。接地的铜制法兰盘403直径400mm，固定于复合绝缘子外表面，图4中虚线为接地线通过螺母固定于法兰盘，破碎电极单元的接地电极404通过螺母406固定于法兰盘，实现接地。高压脉冲传输单元的高压脉冲传输线401为贯穿复合绝缘子中心、直径1cm的铜棒，其输入端与图3中301高压脉冲陡化单元中的脉冲陡化开关s的阴极通过螺母连接固定，在高压脉冲传输线与脉冲陡化开关的连接处设计屏蔽罩避免产生电晕，高压脉冲传输线输出端设置有螺纹，破碎电极单元的高压电极407与高压脉冲传输单元的高压脉冲传输线401通过螺纹连接。
破碎电极单元爪端采用含钨量90％的铜钨合金制成，如图5所示，在本实例中，破碎电极单元的高压电极407与接地电极404分别进行焊接为一体，方便组装。高压电极与接地电极均为四爪，单个电极每个爪端相距90°，高压电极与接地电极爪端交错分布，相距45°，相邻爪状电极尖端相距30mm，放置于同一平面，放电可以于相邻爪端的任意位置发生，提高岩石破碎面积。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高压脉冲破岩拓扑系统，其特征在于，包括：依次连接的发电机、高压变换单元、高压隔离及反压吸收单元、高压脉冲叠加单元、高压脉冲陡化单元、高压脉冲传输单元及破碎电极；
所述高压变换单元用于将发电机输出的低压交流电变换为高压直流电；
所述高压隔离及反压吸收单元包括由保护电阻、反压吸收电阻以及高压硅堆组成的T型回路，所述保护电阻与所述高压变换单元串联，用于实现所述高压变换单元与高压脉冲叠加单元的电位隔离；所述高压硅堆与反压吸收电阻反并联于所述高压脉冲叠加单元，用于吸收所述高压脉冲叠加单元的电容上产生的反压；
所述高压脉冲叠加单元包括多个脉冲电容器，用于将所述多个脉冲电容器的电压进行叠加，以输出高压脉冲；
所述高压脉冲经所述高压脉冲陡化单元进行陡化后，经所述高压脉冲传输单元传输至破碎电极以对岩石进行破碎。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高压脉冲传输单元包括高压脉冲传输线、复合绝缘子及辅助伞裙；
所述复合绝缘子为圆柱形，所述辅助伞裙设置于所述复合绝缘子外侧，所述高压脉冲传输线贯穿所述复合绝缘子的中心，一端与所述高压脉冲陡化单元的输出端连接，另一端与破碎电极连接。
3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述高压脉冲叠加单元还包括多个充电电感、多个气体开关、多个波头电阻及多个波尾电阻；
所述多个脉冲电容器并联充电储能，各脉冲电容器高压端之间采用充电电感隔离，波头电阻与波尾电阻用于调整高压脉冲叠加单元输出波形，所述多个脉冲电容器充电完成后通过击穿气体开关的进行串联放电，实现电容器电压的叠加，输出高压脉冲。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，充电电感L与高压脉冲叠加单元级数n满足以下关系式：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，C 0为单级电容值，R l 为负载电阻，n为高压脉冲叠加单元级数，ω为电容充电至首峰值的等效频率。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高压变换单元包括依次连接的低频低压整流电路、逆变器、谐振模块、变压器及高频高压整流电路，所述发电机输出的低压交流电依次经所述低频低压整流电路整流、逆变器、谐振模块、变压器及高频高压整流电路进行整流、逆变、谐振升压、再整流后，变换为高压直流电。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高压脉冲陡化单元包括电容及开关，所述高压脉冲叠加单元的输出电压为电容充电后击穿所述开关，以实现对所述输出电压的陡化。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电容C P 与所述高压脉冲叠加单元中的充电电感L满足以下关系式：
Figure 404827DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，R l 为负载电阻。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述破碎电极包括高压电极与接地电极，高压电极与接地电极均采用爪形结构，放置于同一平面，爪端等距离交错分布。
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