【摘要】：國際熱核聚變實驗堆(ITER)是在建的世界上最大的托卡馬克核聚變實驗裝置,其輸電電壓和配電裝機容量達到400kV/1.2GVA/27GVA,其中脈沖功率電網(wǎng)(PPEN)是將400kV變換為66kV和22kV電壓,為ITER 100路MVA級的磁體電源和微波加熱系統(tǒng)提供專用的脈沖負荷供電和保護。ITER是脈沖工作方式;脈沖功率巨大,最大有功功率超過600MW;無功變化劇烈,最大無功功率超過900Mvar。如此復雜的工況,對組成PPEN的設(shè)備是前所未有的考驗,尤其是PPEN最核心的設(shè)備-主變壓器,其設(shè)計有別于常規(guī)電力變壓器,這也是PPEN項目的最大難點之一。本文對PPEN主變壓器的設(shè)計進行了詳細的分析和研究,最終保障了設(shè)備的制造、試驗和交付。具有創(chuàng)新和成果如下:論文針對ITER脈沖功率負荷運行特性,深入進行了變壓器電磁分析,完成了變壓器方案設(shè)計及工程設(shè)計;針對ITER三繞組負荷供電特點及其負荷平衡要求,進行功率潮流分析,提出了在低壓繞組側(cè)內(nèi)置串聯(lián)了一個電感值為2.72mH的電抗器,解決了三繞組無功不平衡的問題。并通過解析計算和仿真分析對變壓器空載損耗、負載損耗和溫升進行了分析,最終成功研制變壓器,試驗數(shù)據(jù)驗證了變壓器設(shè)計方案的正確性。論文從動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性兩個方面深入分析了 PPEN主變壓器短路故障。詳細計算各種短路電流值,并利用變壓器漏磁場分析專用軟件BB-XCX008A對短路故障時漏磁場進行了分析和計算,結(jié)合短路電流和漏磁密求取PPEN主變壓器的軸向電動力和輻向電動力和短路時繞組導體的溫度值。最終驗證該PPEN變壓器具有承受短路故障的能力。論文對PPEN主變壓器的絕緣水平進行了詳細的研究和分析�；诙S電場有限元分析軟件ELECTRO對PPEN主變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)建立模型和詳細的仿真分析,對電場云分布圖及絕緣安全裕度進行計算和確認,依據(jù)IEC 60076.3: 2013完成了 PPEN主變壓器出廠試驗中的絕緣試驗項目,驗證了變壓器絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計的正確性和可靠性。PPEN三臺主變壓器于2016-2017年分別完成所有的制造、試驗和交付,各項制造和試驗指標均達到了 IEC標準和IO的技術(shù)要求。
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TL64
【圖文】：

邐第１章緒論邐逡逑第１章緒論逡逑１．１論文研究背景逡逑１．１．１能源需求逡逑物質(zhì)、能源和信息是構(gòu)成自然社會的基本要素。其中，能源是國家政治、經(jīng)逡逑濟和文化的物質(zhì)基礎(chǔ)，是未來國家和人民的命脈之源。為滿足人類越來越豐富的逡逑社會生活需求，能源的短缺問題日漸凸顯。如圖丨．１所示ｗ，從丨９８６年到２０１１逡逑年間世界各種能源消費結(jié)構(gòu)圖，可以看到能源的需求與日俱增，而且絕大部分仍逡逑然是煤、石油、天然氣這三種不可再生能源。逡逑

真空系統(tǒng)、低溫系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、燃料循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、氚增值系統(tǒng)等主逡逑要組成部分，涉及物理、化學、生物、材料、電氣等多個學科交叉領(lǐng)域研宄的重逡逑要發(fā)展。ＩＴＥＲ實驗裝置結(jié)構(gòu)圖如圖１．２所示＞］。ＩＴＥＲ裝置本體及外圍系統(tǒng)的逡逑設(shè)備和研究任務(wù)被劃分為許多個大小不同的采購包項目，分配給各成員方按照逡逑２逡逑

ＩＴＥＲ裝置的電源系統(tǒng)［１４￣｜６］是其核心系統(tǒng)之一，其主要任務(wù)是為等離子體實逡逑驗的磁場約束、等離子體產(chǎn)生、位形控制、加熱、控制系統(tǒng)以及附屬設(shè)備提供所逡逑需的電能，如圖１．３所示［１４］是〗丁￡１１電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。１ＴＥＲ電源系統(tǒng)主要包逡逑括脈沖功率電網(wǎng)（ＰＰＥＮ）、穩(wěn)態(tài)功率電網(wǎng)（ＳＳＥＮ）、磁體電源系統(tǒng)（ＣＰＳ）和輔逡逑助加熱電源系統(tǒng)（ＨＰＳ）等。脈沖功率電氣網(wǎng)絡(luò)從法國電網(wǎng)（ＲＴＥ）邋４００ｋＶ高壓逡逑取電，經(jīng)由３臺相同的３００邋ＭＶＡ降壓變壓器變換成６６邋ｋＶ和２２邋ｋＶ的電壓，逡逑主要為大型磁體線圈、微波加熱電源系統(tǒng)和中性束加熱電源等系統(tǒng)提供配電，另逡逑考慮ＩＴＥＲ裝置在運行時，產(chǎn)生大量快速變化的無功功率，因此在６６ｋＶ母線側(cè)逡逑安裝有７５０Ｍｖａｒ的無功補償和濾波裝置，以保證ＩＴＥＲ裝置供電與法國電網(wǎng)能逡逑夠相互兼容。穩(wěn)態(tài)功率電氣網(wǎng)絡(luò)也從法國電網(wǎng)（ＲＴＥ）４００ｋＶ高壓取電，經(jīng)由４臺逡逑相同的７５ＭＶＡ降壓變壓器變換成２２ｋＶ等級的電壓，主要是給ＩＴＥＲ實驗裝置逡逑的的常規(guī)設(shè)備供電

【參考文獻】

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本文編號：2768360