ITER極向場變流器高功率大電流電抗器的設(shè)計與研制.pdf

1、ITER極向場線圈主要作用于等離子體形成階段、歐姆加熱以及等離子體電流位形控制，其可靠性和穩(wěn)定性對整個托卡馬克裝置的安全運行至關(guān)重要。極向場線圈電源系統(tǒng)采用12脈波四象限運行，實現(xiàn)兩變流器單元并聯(lián)輸出額定直流±55 kA的要求。作為電源內(nèi)的主要感性設(shè)備，環(huán)流電抗器對于平衡兩并聯(lián)橋輸出電壓、實現(xiàn)負載電流平滑過零的環(huán)流模式、抑制短路故障電流幅值及其上升率具有重要意義。電源要求環(huán)流電抗器能夠在穩(wěn)態(tài)27.5 kA和短時190 kA下安全運行。由

2、于其高功率大電流特性，現(xiàn)行市場并無相應(yīng)產(chǎn)品。因此，研究高功率大電流電抗器結(jié)構(gòu)新型方案及其可靠性對極向場電源有著重要意義，并能為同類線圈設(shè)計提供參考。
　　本文根據(jù) ITER極向場電源系統(tǒng)特點，詳細分析了其運行模式和故障類型，確定了電抗器電氣參數(shù)要求。結(jié)合現(xiàn)行大電流電抗器結(jié)構(gòu)各自特點，創(chuàng)新性地提出了一種新型干式空心水冷澆注電抗器結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有電感值與電流值無關(guān)、載流能力強、結(jié)構(gòu)強度高、運行噪聲小以及安裝維修簡單等優(yōu)點。
　　

3、本文研究了大截面導(dǎo)體線圈的電感頻率特性。針對直流電感計算，以環(huán)流電抗器設(shè)計為例，歸納總結(jié)了感應(yīng)系數(shù)法、行互感法和有限元法各自特點和適用條件。針對趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)對交流電感和電阻的影響，創(chuàng)新性地提出了利用部分元等效電路法（PEEC）、有限元法（FEM）和樣機實測值進行對比分析的方法，分析結(jié)果體現(xiàn)了所用方法的高精度特性。
　　本文研究了應(yīng)用于電抗器動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性分析的多物理場耦合分析法?；陔姶欧治?，研究了不同模式下電抗器周圍磁

4、場分布以及線圈電磁載荷分布特點，得出了線圈整體徑向膨脹，軸向兩端向中間擠壓的規(guī)律。基于電磁-結(jié)構(gòu)耦合分析，研究了電抗器在不同模式下的受力情況。基于反應(yīng)譜法，對地震等級SL-24％阻尼系數(shù)下的抗震性能進行了分析?；陔姶?流體-溫度耦合分析，研究了繞組溫度分布和水路壓損分布規(guī)律，確定了水路方案。基于電磁-溫度耦合分析，研究了接觸電阻對鋁母排發(fā)熱的影響，對電抗器周圍磁性材料渦流發(fā)熱也進行了分析。
　　本文對電抗器制造工藝和試驗進行了研