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PF变流器采购包介绍 总负责人:傅鹏
2018-07-04 浏览次数:194

1、 PF变流器采购包介绍

ITER磁体电源是世界上最大的非常规电源系统,它具有世界上最大的变流系统(4600MVA)以及电压最高的SVC无功补偿系统(66kV/750MVAr);其直接负载是强耦合的数十个超导磁体线圈,最终控制对象是进行聚变反应15MA电流的非线性的高温等离子体。电源系统设计时必须考虑聚变高温等离子体控制要求和特性,同时也要考虑多耦合的超导线圈特性、法国电网等特点。因此ITER电源也是世界上最复杂大型电源系统之一,整个磁体电源占地大约70万平方米。

采购包项目组从2004年介入ITER聚变装置电源项目后,通过大量的分析和试验验证,推翻了ITER原电源设计,重新设计了电源方案,并得到ITER组织和各国专家的接受。在此过程中,攻克了一系列难关和研发了一系列新的技术,如大功率变流系统拓扑结构设计、相互相耦合的超导磁体在电源中运行技术、系统四象限运行,电流平滑过零技术、大型水冷铝电抗器研制等诸多技术难点,填补国内空白,在世界处于领先地位。

2011年12月,中科院等离子体物理研究所与中国国际核聚变能源计划执行中心签订合同,主要任务由中科院等离子体物理研究所电源及控制工程研究室承担。合同包括变流器系统采购包的初步设计和最终设计,电源系统样机的研制、试验及改进,以及后期十三套变流器电源的国内集成任务。其中每套变流器中包含多于35件主要设备。

 

ITER极向场变流器电源采购包于2012年按时顺利完成了初步设计阶段工作,并于2014年成功完成了变流器单元样机的生产设计、加工制造、部件的型式试验和常规试验以及变流器系统的集成测试等研制工作,得到了ITER评审专家组的高度赞赏,一致通过了最终设计评审(FDR)。

2015年项目组成功完成了样机的优化和改进以及变流器采购包的生产就绪评审(MRR),获得IO的生产放行批准,正式开始了变流器采购包各设备的批量生产制造工作,同年顺利通过了第一套变流器设备在ASIPP现场的集成测试工作。

2016年采购包按计划完成了第2~5套变流器设备的批量生产工作,及2~5套设备在ASIPP现场的集成测试工作。

2017年至今已完成第6、7套变流器设备的集成测试,及1~5套设备的发运工作。

2、 主要创新与贡献

a) 推翻了ITER电源系统原设计,提出了ITER电源设计的新基准,消除了ITER运行风险,同时为国家多争取10亿元的利益。

ITER磁体电源设计方案由欧盟、日本、俄罗斯、美国等国专家组成的设计团队,在欧洲西门子公司、安萨尔多公司协助下,于2001年完成,并以此评估价格。

本项目组介入后,在充分理论分析和试验验证的基础上,2007年提出原方案存在重大缺陷,威胁装置和运行安全,要求采纳团队提出的新设计方案。

方案改变牵涉到重大技术问题、中方贡献增加也牵涉到各国利益。于是,2008年至2009年间,ITER组织先后委托了由世界各国知名专家组成的两个独立外部专家组对方案进行评估。两个专家组分别举行了16次会议,最终均支持项目组的新方案,新方案在2009年底最终得到了ITER组织及七方政府的批准。

新方案创新性的集成了大功率多单元晶闸管变流器串联、并联、四象限有环流控制模式、串联顺序控制多项技术,提出了新的变流系统和无功补偿系统的联合运行方案。从而消除了运行风险,解决了装置电网接入问题,同时为中方多争取了45kiuA(约10亿人民币)的利益。

b) 创新地提出大型四象限变流器的一体化结构集成设计,研制出世界上最大容量的一体化设计的晶闸管四象限变流器单元。

在单元研发中,项目组利用动态分布参数的电磁模型解决了四象限变流器多模块一体化结电磁结构设计问题和多元件并联之间的均流问题;采用整流桥反并联代替元件反并联等方案提高了系统的故障抑制能力;自主研发了控制系统,最终完成了单元集成。并将相关技术应用与推广,为国内相关学科发展,打破国际垄断,提高相关电气设备企业制造水平做出重要贡献。

c) 建成目前国内最大功率的直流测试平台及国内专业的短路及稳态测试平台。

为了完成ITER电源系统的各项测试,建成ITER电气测试平台,并逐步发展为中国科学院合肥物质科学研究院大功率电气设备检测中心,中心具备对高、中压交流开关设备、短路电流最高可达450kA电流等级的直流开关设备、电抗器、交/直流母线、整流器、熔断器等十多类设备进行型式试验、性能试验和大电流变流系统的集成检测能力。

该中心于2017年5月通过中国合格评定国家认可委员会检测和校准实验室认可(CNAS认可,中心注册号CNAS L9973)。通过认可后,大功率电气设备检测中心出具的15项认可项目的检测报告,将得到包括法国、德国、意大利、英国、日本、美国等主要国家在内的35个国家和地区的认可。