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1、ITER PPENITER PPEN 主变压器电磁设计及其特性分析主变压器电磁设计及其特性分析 国际热核聚变实验堆(ITER)是在建的世界上最大的托卡马克核聚变实验装 置,其输电电压和配电装机容量达到 400kV/1.2GVA/27GVA,其中脉冲功率电网 (PPEN)是将 400kV 变换为 66kV 和 22kV 电压,为 ITER 100 路 MVA 级的磁体电源和 微波加热系统提供专用的脉冲负荷供电和保护。ITER 是脉冲工作方式;脉冲功率 巨大,最大有功功率超过 600MW;无功变化剧烈,最大无功功率超过 900Mvar。 如此复杂的工况,对组成PPEN的设备是前所未有的考验,尤其是
2、PPEN最核心 的设备-主变压器,其设计有别于常规电力变压器,这也是 PPEN 项目的最大难点 之一。 本文对 PPEN 主变压器的设计进行了详细的分析和研究,最终保障了设备的 制造、试验和交付。 具有创新和成果如下:论文针对 ITER 脉冲功率负荷运行特性,深入进行了变 压器电磁分析,完成了变压器方案设计及工程设计;针对 ITER 三绕组负荷供电特 点及其负荷平衡要求,进行功率潮流分析,提出了在低压绕组侧内置串联了一个 电感值为 2.72mH 的电抗器,解决了三绕组无功不平衡的问题。 并通过解析计算和 仿真分析对变压器空载损耗、 负载损耗和温升进行了分析,最终成功研制变压器, 试验数据验证了
3、变压器设计方案的正确性。 论文从动稳定性和热稳定性两个方面深入分析了 PPEN 主变压器短路故障。 详细计算各种短路电流值,并利用变压器漏磁场分析专用软件 BB-XCX008A 对短 路故障时漏磁场进行了分析和计算,结合短路电流和漏磁密求取 PPEN 主变压器 的轴向电动力和辐向电动力和短路时绕组导体的温度值。 最终验证该 PPEN 变压器具有承受短路故障的能力。 论文对 PPEN 主变压器的 绝缘水平进行了详细的研究和分析。 基于二维电场有限元分析软件 ELECTRO 对 PPEN 主变压器的绝缘结构建立模 型和详细的仿真分析,对电场云分布图及绝缘安全裕度进行计算和确认,依据 IEC 60076.3: 2013 完成了 PPEN 主变压器出厂试验中的绝缘试验项目,验证了变 压器绝缘结构设计的正确性和可靠性。PPEN 三台主变压器于 2016-2017 年分别 完成所有的制造、试验和交付,各项制造和试验指标均达到了 IEC 标准和 IO 的 技术要求。