为了发展用于中国聚变工程实验堆(China Fsuion Engineering Test Reactor，CFETR)以负离子源为基础的中性束注入系统(Negative ion based Neutral Beam Injection system， N-NBI)的加速极高压电源相关技术，国家重点研发计划课题《CFETRN-NBI负离子加速器和加速电源技术研究及研制》资助研制一套200kV/25A加速极高压电源系统，该电源采用逆变型直流高压电源方案，其中，隔离升压变压器承担着原副边之间电压隔离以及电能变换的作用，是决定高压电源电压等级和安全可靠的关键设备。该变压器除了具有大容量和高电压等级等常规特点外，还需满足在非工频高谐波输入下运行的要求，我国目前还缺乏相关研制经验。本文依据CFETRN-NBI样机加速极高压电源的参数要求和运行特点，对隔离升压变压器进行分析计算，并针对特殊工况提出相应解决方案，完成了6MVA/141kV/150Hz隔离升压变压器的主体以及组配件结构设计，并利用仿真等手段展开验证工作。
　　本文首先展开关键参数计算与电磁结构设计。依照加速极高压电源的相关要求，确定隔离升压变的联结方式为△/Y，工作频率为150Hz；进行数值计算后得到设计输入参数升压比和短路阻抗，针对非标输入和特殊工况等采取了相应措施；选择低损耗叠片材料，确定工作磁密，完成铁芯和绕组的电磁结构设计，充分改善了绕组的暂态特性；最后校核变压器技术参数，验证了该方案整体的合理性。
　　明确设计方案后，再根据国标中电磁热力技术规范开展以下几方面研究。
　　第一，隔离升压变的主纵绝缘验证。利用VLN和ELAX-2D软件深入研究雷电浪涌过程和绝缘结构设计优化问题，对绝缘试验方法的电场计算结果进行对比分析，确保变压器主纵绝缘设计在各种特殊高压绝缘试验中的安全性。
　　第二，隔离升压变的磁场验证和损耗温升计算。利用理论推导和Maxwell仿真交叉验证变压器的主磁通。通过Elmag-3D软件计算漏磁场在结构件中的分布，得到最大磁密和损耗值，再获得相应的温度升高值。重点针对非标准电压输入，研究高次谐波引起的绕组损耗和温升，验证变压器热设计的可靠性。
　　第三，隔离升压变的励磁涌流计算。先基于工程经验公式进行分析，再运用Transmag-2D仿真软件研究简单合闸情况，明确励磁涌流的严重性。探讨利用控制开关抑制励磁涌流的方法，最后决定采用零起升压方式合闸来抑制励磁涌流。
　　第四，隔离升压变的直流偏磁分析。首先采取工程中三相三柱变压器的直流偏磁耐受能力算法分析隔离升压变压器的相关特性，随后采用磁路耦合算法通过AnsysElectronics研究直流偏磁对变压器的影响，总结出在不同直流偏磁情况下励磁电流，输出电压和铁芯磁感应强度的变化规律。调研对比抑制直流偏磁的措施，针对相关特性选择滑窗算法从源头检测并抑制逆变器直流分量。
　　第五，隔离升压变的抗震验证。针对变压器各部件的地震易损性和具体的破坏模式，使用ANSYS有限元3D建模和仿真分析求解出变压器自振频率和振型，由反应谱分析法找出结构设计中的危险部位，为后续应力监测布点提供依据。
　　综合以上理论分析研究和仿真计算验证工作，可表明本文设计的非工频的高压大功率方波变压器作为CFETRN-NBI样机加速极电源系统的隔离升压变压器是安全可靠的，且研究和设计过程可为同类特种变压器的研制提供参考。