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我國首臺大型立式脈沖發電機組研制成功

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近日,在位于成都的中核集團核工業西南物理研究院內,我國首臺30萬千伏安立式脈沖發電機組系統通過驗收,總體參數達到國際先進水平。“作為六相大電流脈沖發電機組,其在工作時約10秒內的放電功率,相當于裝機容量30萬千瓦的秦山一期核電站。”中核集團核工業西南物理研究院聚變科學所副所長李強說。

由中核集團核工業西南物理研究院與哈電集團哈爾濱電機廠有限責任公司共同研制的該機組,總重約800噸、總高約15.5米,是為滿足我國先進聚變研究裝置中國環流器二號M(HL-2M)大功率、高儲能供電需求研制的大型脈沖“能量驅動器”。

工作時,該機組發電機由電動機拖動15分鐘后,轉速可由0至每分鐘498轉,隨后通過轉子加勵磁在15秒內將轉速下降至每分鐘335轉,同時釋放1350兆焦能量;發電機釋放能量后,轉速會再次提速到每分鐘498轉,并在保持5分鐘后再次下降轉速放電,完成一個工作循環。“該機組的額定轉速每分鐘500轉,總儲能達到2600兆焦,額定電壓3千伏、額定電流29千安,也是目前國內容量最大的立式六相脈沖發電機組。”李強說,比較原有“中國環流器二號(HL-2A)”使用的3臺脈沖發電機組,“僅這一臺新機組的釋能能力和電功率輸出均相當于此前3臺的總和。”

脈沖發電機組分為立式、臥式兩種,傳統的臥式由于軸系受到轉子及飛輪自重的限制,不便于設計成大容量脈沖發電機組;而立式機組的軸系是豎直的則沒有這個問題。“作為國內首臺立軸式脈沖發電機,該機組無論從電機結構還是負載類型,都與常規的水輪發電機大不相同,此前甚至沒有成熟的計算方法和設計經驗,需要進行大幅度創新。”西物院聚變科學所副總工宣偉民說,巨大的脈沖發電機內,轉子的轉速不斷變化,如何保持設備整體穩定性、震動幅度如何控制、冷卻系統如何設計、六相電機程序如何編寫都是前所未有的挑戰。最終,研發團隊首創了多項特有技術,攻克了六相大電流發電機、大慣量高速轉子、寬頻變化控保系統等技術難題,在研制過程中形成了一批擁有自主知識產權的創新成果。

中國環流器二號M(HL-2M)是在我國首個具有偏濾器位形的大型托卡馬克裝置“中國環流器二號(HL-2A)”基礎上新研制的又一大型托卡馬克裝置,其科研目標是探索可控核聚變研究,實現“人造太陽”的人類終極能源追求。該脈沖機組的成功研制,將驅動HL-2M裝置的等離子體電流達到此前現有裝置的2倍以上、等離子體溫度超過1.5億度,從而為在這個裝置上開展堆芯級參數下的等離子體物理實驗和關鍵技術研究提供有力保障。

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