ITER极向场变流器电源系统交流封闭母线研制与分析

• 作 者: 夏敏学
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 热核聚变反应试验堆 极向场 变流器电源 交流封闭母线

国际热核聚变反应试验堆(ITER)极向场主要用于击穿等离子体并对其进行位形控制，极向场交/直流变流器电源系统为产生极向场的线圈供电。ITER极向场变流器电源由两台四象限运行的变流器通过环流电抗器并联输出12脉波，额定电流为55 kA。极向场变流器电源的交流母线的类型为全连式交流封闭母线，用来连接整流变压器与变流器模块，以实现屏蔽交流母线承载大电流所产生磁场的目的。由于变流器单元的负载为大电感负载，交流封闭母线上通过电流的波形与正弦波区别极大，为分析和计算带来不少困难，是交流封闭母线的研制和分析的难点。　　本文研究目的在于验证所设计的交流封闭母线能满足运行要求。本文从交流封闭母线的磁场屏蔽效能、水冷散热方案设计以及型式试验的设计与验证三个部分进行了探究。　　交流封闭母线的磁场屏蔽效能分析包括交流封闭母线外壳环流的计算和交流封闭母线壳外空间磁场的分布仿真两个部分。外壳环流的计算建立在交流封闭母线外壳等效电路的分析上，通过解算电路微分方程得到外壳环流波形;壳外空间磁场的分布仿真则建立在交流封闭母线输入电流的傅里叶分解的基础上，通过电磁场谐稳态有限元分析结果的叠加得到壳外空间磁场分布;两者皆验证了交流封闭母线的屏蔽效能。　　交流封闭母线将采用水冷散热方式。交流封闭母线的热分析由两个部分组成:基于传热学理论的理论计算和基于交流封闭母线三维模型和边界条件的有限元计算。这种热分析方式结合了理论计算的快捷性与有限元计算的准确性，通过水冷散热的热分析，验证了交流封闭母线水冷散热方案的合理性。　　交流封闭母线承载电流巨大、工作环境复杂，为了保障其运行阶段的可靠性，设计并进行了一系列型式试验，包括交流封闭母线的温升试验、动稳定性试验、1min工频干耐受电压试验、1min工频湿耐受电压试验等，试验结果表明交流封闭母线的设计满足ITER电源系统设计要求。