【摘要】：國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)是在建的世界上最大的托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置,其輸電電壓和配電裝機(jī)容量達(dá)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(jí)的磁體電源和微波加熱系統(tǒng)提供專用的脈沖負(fù)荷供電和保護(hù)。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(fù)雜的工況,對(duì)組成PPEN的設(shè)備是前所未有的考驗(yàn),尤其是PPEN最核心的設(shè)備-主變壓器,其設(shè)計(jì)有別于常規(guī)電力變壓器,這也是PPEN項(xiàng)目的最大難點(diǎn)之一。本文對(duì)PPEN主變壓器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和研究,最終保障了設(shè)備的制造、試驗(yàn)和交付。具有創(chuàng)新和成果如下:論文針對(duì)ITER脈沖功率負(fù)荷運(yùn)行特性,深入進(jìn)行了變壓器電磁分析,完成了變壓器方案設(shè)計(jì)及工程設(shè)計(jì);針對(duì)ITER三繞組負(fù)荷供電特點(diǎn)及其負(fù)荷平衡要求,進(jìn)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(gè)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(jì)算和仿真分析對(duì)變壓器空載損耗、負(fù)載損耗和溫升進(jìn)行了分析,最終成功研制變壓器,試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了變壓器設(shè)計(jì)方案的正確性。論文從動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性兩個(gè)方面深入分析了 PPEN主變壓器短路故障。詳細(xì)計(jì)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(duì)短路故障時(shí)漏磁場進(jìn)行了分析和計(jì)算,結(jié)合短路電流和漏磁密求取PPEN主變壓器的軸向電動(dòng)力和輻向電動(dòng)力和短路時(shí)繞組導(dǎo)體的溫度值。最終驗(yàn)證該P(yáng)PEN變壓器具有承受短路故障的能力。論文對(duì)PPEN主變壓器的絕緣水平進(jìn)行了詳細(xì)的研究和分析。基于二維電場有限元分析軟件ELECTRO對(duì)PPEN主變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)建立模型和詳細(xì)的仿真分析,對(duì)電場云分布圖及絕緣安全裕度進(jìn)行計(jì)算和確認(rèn),依據(jù)IEC 60076.3: 2013完成了 PPEN主變壓器出廠試驗(yàn)中的絕緣試驗(yàn)項(xiàng)目,驗(yàn)證了變壓器絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確性和可靠性。PPEN三臺(tái)主變壓器于2016-2017年分別完成所有的制造、試驗(yàn)和交付,各項(xiàng)制造和試驗(yàn)指標(biāo)均達(dá)到了 IEC標(biāo)準(zhǔn)和IO的技術(shù)要求。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：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(huì)的基本要素。其中，能源是國家政治、經(jīng)逡逑濟(jì)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(huì)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(fèi)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(xué)、生物、材料、電氣等多個(gè)學(xué)科交叉領(lǐng)域研宄的重逡逑要發(fā)展。ＩＴＥＲ實(shí)驗(yàn)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(gè)大小不同的采購包項(xiàng)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(shí)逡逑驗(yàn)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(tái)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(yùn)行時(shí)，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(bǔ)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(tái)逡逑相同的７５ＭＶＡ降壓變壓器變換成２２ｋＶ等級(jí)的電壓，主要是給ＩＴＥＲ實(shí)驗(yàn)裝置逡逑的的常規(guī)設(shè)備供電

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2768360