2019年HL-2M裝置5GJ-600MVA飛輪儲能發電機系統.pdf

1、HL2M裝置5GJ/600MVA飛輪儲能發電機系統 5GJ/600MVA Flywheel Energy Storage Generator System for HL-2M Device 2019-05-18 Version 0.1 HLHL2M2M裝置裝置5GJ/600MVA5GJ/600MVA 飛輪飛輪儲能發電機系統儲能發電機系統 引言引言 HLHL-2M2M裝置裝置飛輪飛輪發電機系統介紹發電機系統介紹 300MVA300MVA儲能發電機組及關鍵技術儲能發電機組及關鍵技術 結論結論 中核集團核工業中核集團核工業西南物理研究院西南物理研究院 宣偉民宣偉民 19791979年北年北冰洋冰邊冰

2、洋冰邊界界 北極北極 ITERITER計劃七方計劃七方 引言引言 500MW500MW 中國中國環流器二號環流器二號M（HL-2M）裝置是裝置是我國大型常規磁體托卡馬克聚我國大型常規磁體托卡馬克聚變研究裝置變研究裝置。它規模大它規模大、參數高參數高，有望將等離子體電流提高到有望將等離子體電流提高到3兆安培兆安培，等離子體離子溫度將超過等離子體離子溫度將超過1億攝氏度億攝氏度，等離子體參數將大幅度提高到近等離子體參數將大幅度提高到近堆芯水平堆芯水平，為我國參與國際熱核聚變實驗堆為我國參與國際熱核聚變實驗堆（ITER）實驗與運行以及實驗與運行以及自主設計建造未來聚變堆提供重要技術支撐自主設計建造未

3、來聚變堆提供重要技術支撐。引言引言 系統由系統由四套脈沖四套脈沖發電機組組成發電機組組成，總容量：總容量：600600MVAMVA，總總儲能：儲能：5 5GJGJ，額定脈沖釋額定脈沖釋能能約約2 2.6 6GJGJ，構成國內構成國內最大飛輪儲能發電機系統最大飛輪儲能發電機系統。HLHL-2M2M裝置裝置飛輪儲能發電機飛輪儲能發電機系統系統介紹介紹 1號號（或或2號號）：總長：總長20.5m，同步轉速同步轉速1500r/min，超同步調速到超同步調速到1650r/min。2500kW電動機驅動電動機驅動、1GJ、90MVA同步發電機同步發電機。3號：總長號：總長22.5m，同步轉速同步轉速360

4、0r/min。2500kW電動機驅動電動機驅動、0.7GJ、125MVA同步發電機同步發電機。HLHL-2M2M裝置裝置飛輪儲能發電機飛輪儲能發電機系統系統介紹介紹 4 4號號機組針對機組針對HLHL-2M2M裝置需求近幾年研制的裝置需求近幾年研制的大型大型立式立式脈沖發電機組脈沖發電機組，20192019年年1 1月成功月成功通過專家組通過專家組驗收。驗收。額定容量額定容量300300MVAMVA、額定釋能額定釋能(儲能儲能）1 1.4 4(2 2.6 6)G)GJ J，額定轉速額定轉速500500r/min,r/min,飛輪力矩飛輪力矩 75507550tmtm2 2 總重總重約約8008

5、00t t，轉子重約轉子重約400400t t，總高約總高約1515.5 5m m，直徑約直徑約1010.6 6m m。300 MVA 機組(電動機）300MVA300MVA儲能發電機組及關鍵儲能發電機組及關鍵技術技術 300MVA300MVA儲能發電機組及關鍵儲能發電機組及關鍵技術技術 短時重復工作制：短時重復工作制：10s/10min 負荷負荷變化大，大電感整流型負載變化大，大電感整流型負載 發電機電流發電機電流大，大，29kA，六，六相相(雙雙Y移移30)發電機頻率發電機頻率為為100-67Hz 機組起動及升降速頻繁機組起動及升降速頻繁(0.67-1.08)滿足滿足不同負載不同負載供電：

6、供電：(CS：750V/240kA，TF：1660V/140kA等等)。降低直軸超瞬變電抗有利降低直軸超瞬變電抗有利于整流器逆變深度，但增于整流器逆變深度，但增大短路沖擊。電抗選擇與大短路沖擊。電抗選擇與電源工況的匹配性電源工況的匹配性。發電機定子發電機定子電流達到電流達到29kA29kA，超過百萬千瓦，超過百萬千瓦水輪水輪發電機，且為六發電機，且為六相，定子引線層數達到相，定子引線層數達到2929層。層。電磁電磁和結構設計解決諸多技術難題。和結構設計解決諸多技術難題。498 r/min定子線棒下端部繞組受力柱形圖定子線棒下端部繞組受力柱形圖 發電機故障最大沖擊電流發電機故障最大沖擊電流 30

7、0MVA300MVA儲能發電機組及關鍵儲能發電機組及關鍵技術技術 轉子總重轉子總重量約量約390T390T、外徑、外徑 5290mm5290mm，磁軛高，磁軛高度度3030mm3030mm。轉子轉動慣量大，比常規機組高。轉子轉動慣量大，比常規機組高，轉速高等，提高發電機轉子設計標準。，轉速高等，提高發電機轉子設計標準。300MVA300MVA儲能發電機組及關鍵儲能發電機組及關鍵技術技術 轉子支架綜合應力分布圖和徑向變形轉子支架綜合應力分布圖和徑向變形 300MVA300MVA儲能發電機組及關鍵儲能發電機組及關鍵技術技術 磁極線圈 一 階 臨 界820r/min 脈沖脈沖機組的快速機組的快速制動

8、，大功率制動，大功率液冷電阻器；液冷電阻器；滿足負載功率快速變化的滿足負載功率快速變化的發電發電機勵磁系統；機勵磁系統；國際領先的開國際領先的開斷斷400kA400kA短路電流短路電流能力的發電機保護能力的發電機保護開關；開關；具有適應寬頻率變化的具有適應寬頻率變化的機組控機組控保保系統系統,采用歸一化設計；采用歸一化設計；12000kW12000kW高壓變頻器調速，大功高壓變頻器調速，大功率滑差調速；率滑差調速；脈沖大電流下母線工藝設計。脈沖大電流下母線工藝設計。300MVA300MVA儲能發電機組及關鍵儲能發電機組及關鍵技術技術 540r/min540r/min機械考核試驗：機械考核試驗：

9、試驗數據顯示機組試驗數據顯示機組振動、擺度、溫度數據滿足設計要求，可以振動、擺度、溫度數據滿足設計要求，可以滿足長期運行要求。滿足長期運行要求。300MVA300MVA儲能發電機組及關鍵儲能發電機組及關鍵技術技術 2929kAkA額定電流考核試驗：額定電流考核試驗：5.55.5秒短路放電，定秒短路放電，定子電流基本上達到額定定子電流子電流基本上達到額定定子電流2 29 9kAkA，初步驗，初步驗證發電機具備輸出額定電流能力。證發電機具備輸出額定電流能力。29kA額定電流考核試驗波形額定電流考核試驗波形 300MVA300MVA儲能發電機組及關鍵儲能發電機組及關鍵技術技術 解決了諸多關鍵技術，建成5GJ/600MVA的飛輪儲能發電機系統，滿足了HL2M裝置對大功率、高儲能的特定供電需求；“四號機”總體參數達到國際先進水平，是具有自主知識產權的國內首臺大型立軸脈沖發電機組。結論 結論 唐任遠院士、鄧建軍院士等專家唐任遠院士、鄧建軍院士等專家 謝謝 Thanks for Your Time