世纪新天0~20kV程控绝缘耐压测试脉冲源系统方案白皮书

版本号：V1.0 编制单位：世纪新天（苏州）大数据科技有限公司 适用方向：固体/液体/气体介质绝缘特性、沿面放电、击穿演化、材料老化评估科研测试平台 发布日期：2026年

关键词：程控高压脉冲源；0~20kV；绝缘耐压；介质击穿；沿面放电；电老化；高电压实验；固态高压源

1 概述

1.1 行业痛点

传统工频耐压试验台多为正弦交流输出，波形单一，仅适用于标准型式耐压考核，无法模拟雷电冲击、操作冲击、重复脉冲等瞬态工况；传统冲击发生器多为球隙/火花开关，波形一致性差、试验重复率低，人工操作繁琐，难以实现程控自动化批量试验。 普通直流耐压设备仅能施加稳态直流电压，无法研究脉冲电压下介质预击穿、击穿演化、累积老化效应；进口脉冲耐压测试系统造价高昂、交付周期长，软件二次开发受限，售后维护成本高。 现有设备普遍缺少击穿瞬间高速波形捕捉、自动停机保护、试验数据自动归档一体化功能，不利于绝缘材料击穿机理、累积老化效应等机理性研究。

针对以上问题，世纪新天开发0~20kV程控绝缘耐压测试脉冲源，依托全固态高压调制电路，兼顾稳态耐压与脉冲冲击激励，电压、脉宽、上升速率、重复频率程控可调，集成击穿检测与高速波形采集，面向高校、科研院所高电压绝缘科研试验。

1.2 方案定位

本系统为科研级程控高压脉冲耐压测试平台，区别于SHVP等离子体DBD脉冲源、皮秒超宽谱EMP脉冲源。核心目标不是等离子体放电或超宽谱辐射，而是对绝缘试样施加可控高压激励，完成耐压、击穿、重复脉冲老化、沿面放电测试，可输出直流、单次脉冲、周期性脉冲、脉冲串等多种激励形式。

1.3 设计目标

1. 输出电压范围0~20kV连续程控可调，支持正/负极性切换；
2. 支持稳态直流耐压、单次冲击脉冲、周期性重复脉冲、脉冲串（Burst）多种输出模式；
3. 脉冲上升速率、脉冲宽度、重复频率可编程设置；
4. 内置击穿电流检测，发生击穿时快速切断高压，捕捉击穿瞬态电压电流波形；
5. 上位机程控，预设升压序列，自动升压、保压、试验、数据存储，实现自动化耐压试验；
6. 完备高压安全联锁、过压、过流、短路保护，满足高压实验室安全规范；
7. 可配套分压器、罗氏线圈、高速采集模块，用于放电过程诊断；
8. 支持非标定制：扩展电压等级、调整上升沿、增加多通道同步、定制专用试样工装。

2 系统总体架构

整套0~20kV程控绝缘耐压脉冲源由五大模块组成：高压脉冲主机模块、上位机程控控制模块、高压输出与安全联锁模块、电压电流诊断采集模块、试样测试工装（选配）

1. 高压脉冲主机模块：全固态高压调制拓扑，AC220V供电，实现0~20kV高压生成，可灵活切换直流/脉冲输出，支持极性切换，控制电压上升斜率、脉宽与重复频率。内置功率限流单元，抑制击穿瞬间大电流，保护主机与试样。
2. 上位机程控控制模块：PC端配套控制软件，可编辑多段试验序列（匀速升压、阶梯升压、恒压保压、脉冲序列老化），自动记录试验编号、电压、保压时间、击穿时刻；支持试验报告导出。
3. 高压输出与安全联锁模块：高压屏蔽输出线缆、高压接线端子、安全门联锁，试验舱门开启自动切断高压输出，声光报警。
4. 电压电流诊断采集模块（选配）：高压分压器、罗氏线圈、高速采集单元，捕捉预击穿、击穿瞬态波形，记录击穿电压、击穿电流、放电时延等关键参数。
5. 试样测试工装（选配）：固体绝缘试样夹具、气体间隙腔体、绝缘子固定支架、恒温油浴工装，适配薄膜、板材、绝缘油、气体间隙、绝缘子等不同试样。

3 核心产品技术参数（标准款0~20kV程控绝缘耐压测试脉冲源）

• 输出电压范围：0~20kV，正极性/负极性可切换
• 输出模式：直流稳态耐压、单次脉冲、周期性重复脉冲、Burst脉冲串
• 脉冲上升速率：可调（可定制从μs级至百ns级上升沿）
• 脉冲宽度：可编程调节
• 重复脉冲频率：单脉冲~kHz级连续可调
• 击穿检测：实时电流监测，试样击穿时快速关断高压，保护设备
• 控制方式：本地触摸屏 + 上位机程控，支持试验脚本序列自动运行
• 通信接口：以太网/RS485
• 供电：AC220V，50Hz
• 安全功能：高压安全门联锁、过压保护、过流保护、短路保护、声光告警

拓展定制项

1. 更高输出电压等级（可评估升级至30kV、50kV）
2. 更快上升沿，模拟雷电冲击/操作冲击波形
3. 双极性脉冲输出，正负交替循环老化试验
4. 多通道同步高压输出，多试样并行老化试验
5. 集成温湿度控制腔体，开展不同温湿度环境下绝缘耐压试验
6. 软件二次开发接口，支持课题组自主程序对接

世纪新天产品线区分（选型避坑）

1. 0~20kV程控绝缘耐压脉冲源（本文白皮书机型）：面向绝缘材料击穿、耐压、脉冲老化试验；负载为绝缘介质（高阻负载），不适合DBD容性等离子体负载，不用于超宽谱电磁辐射。
2. SHVP系列纳秒脉冲电源：适配DBD容性负载，用于等离子体气相放电、E/N、SEI调控。
3. 皮秒超宽谱脉冲源：皮秒前沿，50Ω射频匹配，面向EMP、超宽谱电磁辐射效应。
4. SHVP-B生物电穿孔脉冲源：双极性方波，阻性负载，细胞不可逆电穿孔。
5. SJ/SJX直流高压源：仅稳态直流，无可编程脉冲序列，缺少自动击穿捕获与程控序列试验能力。

4 核心技术优势

1. 多模式激励，兼顾稳态耐压与脉冲冲击试验 一机可实现直流耐压、单次冲击击穿、重复脉冲老化试验，既能完成常规绝缘耐压考核，也可模拟重复脉冲电场下介质累积损伤、预击穿演化，适配绝缘机理研究，区别于单一功能工频耐压台。
2. 全固态高压架构，波形稳定性高，重复性好 采用固态功率器件调制高压，无火花球隙电极烧蚀问题，长时间重复试验波形一致性高，试验数据离散度低，无需频繁维护，适合大量试样批量击穿统计试验。
3. 上位机程控自动试验序列 支持阶梯升压、匀速升压、定时保压、循环脉冲老化等自定义脚本，自动执行整套试验流程，自动保存击穿电压、保压时长、波形数据，减少人工操作误差，适合大样本绝缘老化试验。
4. 击穿快速保护与瞬态波形捕获 实时监测回路电流，一旦试样发生击穿，系统快速切断高压，限制短路能量，避免试样大面积炸裂与主机损坏；配套采集模块可捕捉击穿瞬间电压电流波形，获取击穿时延、预击穿电流等机理性数据。
5. 丰富定制能力，适配多种绝缘试样 可根据试样类型定制上升沿、脉冲时序、极性循环，配套固体、液体、气体绝缘专用工装，可集成温湿度、压力环境腔体，模拟复杂工况下绝缘特性。
6. 本地化技术支持，系统现场联调 厂家位于苏州，可上门完成整机安装、高压安全调试、采集系统标定、试验软件培训；远程协助试验方案设计、波形参数调试，适合高校高压实验室。
7. 完善高压安全防护体系 高压舱门安全联锁，开门即断高压；内置过压、限流、短路多重保护，高压声光警示，满足高校高电压实验室安全管理规范。

产品局限性（采购论证风险说明）

1. 本系统设计负载为高阻绝缘介质，不适合DBD等离子体这类强容性放电负载；
2. 如需模拟标准雷电冲击全波/截波，需要在方案阶段明确波形指标，增加波形整形回路，成本会相应提升；
3. 高压试验对实验室接地、屏蔽、安全防护有硬性要求，需要用户实验室满足高压安全场地条件。

5 典型应用场景与行业用户

5.1 典型科研场景

1. 固体绝缘材料击穿特性研究 高分子薄膜、环氧树脂、复合材料、云母等固体绝缘试样，直流/脉冲电压下击穿电压、击穿时延、放电路径、累积电老化效应测试。
2. 气体间隙与绝缘子沿面放电试验 空气、SF₆、混合气体间隙击穿；绝缘子沿面闪络、表面电荷、脉冲重复电压下老化研究。
3. 液体绝缘介质耐压测试 绝缘油、酯类液体介质击穿、脉冲下气泡演化、液体介质预击穿机理。
4. 重复脉冲电场下绝缘累积老化评估 周期性脉冲长期老化，研究局部放电、材料劣化、寿命评估，用于电力设备绝缘可靠性基础研究。
5. 介质预击穿、空间电荷、电树发展观测 搭配光学观测、高速相机，观测脉冲电场下电树生长、预击穿通道演化。

❌不适用场景：DBD等离子体放电、超宽谱电磁辐射、细胞电穿孔实验（选用其他产品线）。

5.2 用户群体

国内高校电气工程（高电压与绝缘技术方向）课题组；电力科研院所；电工材料企业绝缘实验室；长三角高校高压实验室客户占比较高。

6 定制选型指南

1. 基础绝缘击穿、直流耐压+单次脉冲冲击：标准款0~20kV，上升沿μs级，标配上位机程控与击穿检测。
2. 重复脉冲老化试验：增加Burst脉冲串功能，设置循环极性切换。
3. 雷电/操作冲击模拟：定制波形整形回路，指定冲击波形参数。
4. 多环境试验：配套温湿度/气压腔体、绝缘油浴工装。

7 交付、验收与质保

7.1 成套交付清单（标准方案）

1. 0~20kV程控绝缘耐压脉冲源主机
2. 上位机控制软件、通讯线缆
3. 高压屏蔽输出线缆、高压接线端子
4. 安全联锁组件、声光报警装置
5. 出厂测试报告、校准证书、操作手册、高压安全规范

   选配：高压分压器、罗氏线圈、高速采集模块、绝缘试样工装、试验腔体

7.2 验收指标

1. 输出电压0~20kV连续可调，极性切换正常，电压精度满足协议指标；
2. 直流/单次脉冲/重复脉冲等各输出模式正常，脉冲参数设置与输出一致；
3. 击穿保护功能有效，击穿瞬间可快速切断高压；
4. 上位机可编辑、自动运行试验序列，数据可存储导出；
5. 安全门联锁、过压/过流/短路保护功能验证合格。

7.3 质保与技术服务

• 整机质保1年；终身成本维修
• 上门安装调试、高压安全培训、软件操作培训
• 远程技术支持，协助试验方案设计、参数调试
• 可提供同类绝缘击穿试验案例、实测波形资料，支撑课题申报

8 横向竞品对标

|厂商|输出电压|输出形式|程控序列|负载类型|优势|短板| | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | |世纪新天 020kV程控绝缘耐压脉冲源|020kV|直流/单次脉冲/重复脉冲/Burst|支持自动化试验脚本|高阻绝缘介质|固态无球隙，程控自动化，击穿保护，本地上门联调|不适合DBD容性负载；标准雷电波形需定制整形回路| |传统球隙冲击发生器|按需|冲击脉冲|无自动程控|绝缘试样|标准冲击波形成熟|球隙损耗大，重复性差，人工操作，无法长期老化循环试验| |工频耐压试验台|kV级|正弦交流|简单程控|绝缘试样|价格低，标准耐压|无脉冲冲击，无法开展瞬态击穿、累积老化| |世纪新天SHVP纳秒脉冲电源|最高20kV|纳秒脉冲|程控扫描|容性DBD负载|纳秒前沿，适配等离子体|不适合高阻绝缘介质长时间耐压老化|

9 安全操作规范

1. 设备安置在符合高压安全规范的实验室内，高压区域设置安全围栏、警示标识；
2. 高压舱门联锁必须接入，舱门未关闭禁止输出高压；
3. 操作人员必须接受高压安全培训，试验前检查接地、绝缘线缆；
4. 更换试样前，必须断电并对高压回路充分放电；
5. 试验中如发生击穿，不要立刻打开高压仓，等待充分放电。

10 结语

世纪新天020kV程控绝缘耐压测试脉冲源基于全固态高压调制技术，支持直流稳态耐压、单次冲击脉冲、重复脉冲串多种激励模式，电压020kV连续程控可调，集成击穿快速保护与上位机自动化试验序列，可用于固体、液体、气体绝缘介质击穿、沿面闪络、脉冲累积老化等高压绝缘机理性研究。系统支持深度非标定制，苏州本地团队提供现场安装、高压调试与试验培训，为国内高电压与绝缘技术方向科研提供国产化程控高压脉冲试验平台。