1、HL2M装置5GJ/600MVA飞轮储能发电机系统 5GJ/600MVA Flywheel Energy Storage Generator System for HL-2M Device 2019-05-18 Version 0.1 HLHL2M2M装置装置5GJ/600MVA5GJ/600MVA 飞轮飞轮储能发电机系统储能发电机系统 引言引言 HLHL-2M2M装置装置飞轮飞轮发电机系统介绍发电机系统介绍 300MVA300MVA储能发电机组及关键技术储能发电机组及关键技术 结论结论 中核集团核工业中核集团核工业西南物理研究院西南物理研究院 宣伟民宣伟民 19791979年北年北冰洋冰边冰

2、洋冰边界界 北极北极 ITERITER计划七方计划七方 引言引言 500MW500MW 中国中国环流器二号环流器二号M（HL-2M）装置是装置是我国大型常规磁体托卡马克聚我国大型常规磁体托卡马克聚变研究装置变研究装置。它规模大它规模大、参数高参数高，有望将等离子体电流提高到有望将等离子体电流提高到3兆安培兆安培，等离子体离子温度将超过等离子体离子温度将超过1亿摄氏度亿摄氏度，等离子体参数将大幅度提高到近等离子体参数将大幅度提高到近堆芯水平堆芯水平，为我国参与国际热核聚变实验堆为我国参与国际热核聚变实验堆（ITER）实验与运行以及实验与运行以及自主设计建造未来聚变堆提供重要技术支撑自主设计建造未

3、来聚变堆提供重要技术支撑。引言引言 系统由系统由四套脉冲四套脉冲发电机组组成发电机组组成，总容量：总容量：600600MVAMVA，总总储能：储能：5 5GJGJ，额定脉冲释额定脉冲释能能约约2 2.6 6GJGJ，构成国内构成国内最大飞轮储能发电机系统最大飞轮储能发电机系统。HLHL-2M2M装置装置飞轮储能发电机飞轮储能发电机系统系统介绍介绍 1号号（或或2号号）：总长：总长20.5m，同步转速同步转速1500r/min，超同步调速到超同步调速到1650r/min。2500kW电动机驱动电动机驱动、1GJ、90MVA同步发电机同步发电机。3号：总长号：总长22.5m，同步转速同步转速360

4、0r/min。2500kW电动机驱动电动机驱动、0.7GJ、125MVA同步发电机同步发电机。HLHL-2M2M装置装置飞轮储能发电机飞轮储能发电机系统系统介绍介绍 4 4号号机组针对机组针对HLHL-2M2M装置需求近几年研制的装置需求近几年研制的大型大型立式立式脉冲发电机组脉冲发电机组，20192019年年1 1月成功月成功通过专家组通过专家组验收。验收。额定容量额定容量300300MVAMVA、额定释能额定释能(储能储能）1 1.4 4(2 2.6 6)G)GJ J，额定转速额定转速500500r/min,r/min,飞轮力矩飞轮力矩 75507550tmtm2 2 总重总重约约8008

5、00t t，转子重约转子重约400400t t，总高约总高约1515.5 5m m，直径约直径约1010.6 6m m。300 MVA 机组(电动机）300MVA300MVA储能发电机组及关键储能发电机组及关键技术技术 300MVA300MVA储能发电机组及关键储能发电机组及关键技术技术 短时重复工作制：短时重复工作制：10s/10min 负荷负荷变化大，大电感整流型负载变化大，大电感整流型负载 发电机电流发电机电流大，大，29kA，六，六相相(双双Y移移30)发电机频率发电机频率为为100-67Hz 机组起动及升降速频繁机组起动及升降速频繁(0.67-1.08)满足满足不同负载不同负载供电：

6、供电：(CS：750V/240kA，TF：1660V/140kA等等)。降低直轴超瞬变电抗有利降低直轴超瞬变电抗有利于整流器逆变深度，但增于整流器逆变深度，但增大短路冲击。电抗选择与大短路冲击。电抗选择与电源工况的匹配性电源工况的匹配性。发电机定子发电机定子电流达到电流达到29kA29kA，超过百万千瓦，超过百万千瓦水轮水轮发电机，且为六发电机，且为六相，定子引线层数达到相，定子引线层数达到2929层。层。电磁电磁和结构设计解决诸多技术难题。和结构设计解决诸多技术难题。498 r/min定子线棒下端部绕组受力柱形图定子线棒下端部绕组受力柱形图 发电机故障最大冲击电流发电机故障最大冲击电流 30

7、0MVA300MVA储能发电机组及关键储能发电机组及关键技术技术 转子总重转子总重量约量约390T390T、外径、外径 5290mm5290mm，磁轭高，磁轭高度度3030mm3030mm。转子转动惯量大，比常规机组高。转子转动惯量大，比常规机组高，转速高等，提高发电机转子设计标准。，转速高等，提高发电机转子设计标准。300MVA300MVA储能发电机组及关键储能发电机组及关键技术技术 转子支架综合应力分布图和径向变形转子支架综合应力分布图和径向变形 300MVA300MVA储能发电机组及关键储能发电机组及关键技术技术 磁极线圈 一 阶 临 界820r/min 脉冲脉冲机组的快速机组的快速制动

8、，大功率制动，大功率液冷电阻器；液冷电阻器；满足负载功率快速变化的满足负载功率快速变化的发电发电机励磁系统；机励磁系统；国际领先的开国际领先的开断断400kA400kA短路电流短路电流能力的发电机保护能力的发电机保护开关；开关；具有适应宽频率变化的具有适应宽频率变化的机组控机组控保保系统系统,采用归一化设计；采用归一化设计；12000kW12000kW高压变频器调速，大功高压变频器调速，大功率滑差调速；率滑差调速；脉冲大电流下母线工艺设计。脉冲大电流下母线工艺设计。300MVA300MVA储能发电机组及关键储能发电机组及关键技术技术 540r/min540r/min机械考核试验：机械考核试验：

9、试验数据显示机组试验数据显示机组振动、摆度、温度数据满足设计要求，可以振动、摆度、温度数据满足设计要求，可以满足长期运行要求。满足长期运行要求。300MVA300MVA储能发电机组及关键储能发电机组及关键技术技术 2929kAkA额定电流考核试验：额定电流考核试验：5.55.5秒短路放电，定秒短路放电，定子电流基本上达到额定定子电流子电流基本上达到额定定子电流2 29 9kAkA，初步验，初步验证发电机具备输出额定电流能力。证发电机具备输出额定电流能力。29kA额定电流考核试验波形额定电流考核试验波形 300MVA300MVA储能发电机组及关键储能发电机组及关键技术技术 解决了诸多关键技术，建成5GJ/600MVA的飞轮储能发电机系统，满足了HL2M装置对大功率、高储能的特定供电需求；“四号机”总体参数达到国际先进水平，是具有自主知识产权的国内首台大型立轴脉冲发电机组。结论 结论 唐任远院士、邓建军院士等专家唐任远院士、邓建军院士等专家 谢谢 Thanks for Your Time