ITER極向場變流器交直流母線分析與設計.pdf

1、ITER是人類探索和平利用核聚變能源重要實驗裝置,由中國、美國、俄羅斯、歐盟、日本、印度和韓國七方共同建造。ITER極向場變流器系統(tǒng)是ITER托卡馬克核聚變裝置電源系統(tǒng)的重要組成部分,交直流母線作為變流器系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)之一,其穩(wěn)定運行是變流器系統(tǒng)實現正常運行的重要保證。本文對變流器電源系統(tǒng)的交流母線和直流母線的進行了分析和設計。
　　本文對交流母線進行了分析設計,首先基于ANSYS有限元分析軟件確定了交流母線的最優(yōu)截面,然后對敞

2、露式交流母線在不同相序、不同墻壁開孔尺寸、不同墻壁開孔結構三個方面進行了仿真分析。仿真結果顯示敞露式交流母線會引起墻壁及其周圍鐵磁物質的局部溫升不能夠滿足交流母線的設計要求,需要使用帶屏蔽交流母線來解決母線周圍鐵磁物質的渦流發(fā)熱問題。其次,經過對比離相和共箱的帶屏蔽交流母線的分析結果得出離相帶屏蔽交流母線的電磁特性和結構特性要明顯優(yōu)于共箱帶屏蔽母線。
　　最后,運用母線熱守恒的理論計算方法對自冷、風冷、水冷三種不同冷卻方式的交流帶

3、屏蔽母線和采用同相逆并聯(lián)連接方式的交流母線進行了分析與設計,并且利用ANSYS和Fluent等有限元分析軟件對4種不同形式的交流母線結構進行了電磁特性和熱特性的仿真驗證計算。通過對比4種不同形式的交流母線的分析結果,得出水冷帶屏蔽交流母線具有結構簡單、成本低、運行穩(wěn)定等優(yōu)點。因此通過上述分析,水冷帶屏蔽交流母線是ITER極向場變流器電源系統(tǒng)交流母線最優(yōu)化的選型方案。
　　本文同時還對直流母線進行了分析與設計,首先利用母線熱平衡和有

4、限元分析相結合的方式分析設計了直流母線水冷和自冷兩種冷卻方式不同的結構形式,通過對比兩種冷卻方式的仿真計算結果,得出水冷直流母線為直流母線最優(yōu)化的解決方案。然后,分別設計了水冷直流母線不同類型的轉接頭以便于水冷直流母線的安裝,并且利用有限元仿真軟件ANSYS和Fluent對設計方案進行了相應的熱力學和結構力學校核。
　　最后,對直流母線在故障狀態(tài)下母線所受到的電動力和引起的變形進行了分析計算,以此確定了支撐母線的絕緣子的安裝間距。