Система импульсного электроснабжения

Система импульсного электроснабжения предназначена для преобразования напряжения 10кВ в токи и напряжения на обмотках электромагнитной системы, необходимые для создания и управления высокотемпературной плазмой в установке КТМ в ходе выполнения сценариев разряда.

Система электропитания токамака представляет собой сложную энергетическую установку, уникальную по характеристикам и решаемым задачам. Система электропитания токамака должна удовлетворять следующим условиям:

• Необходимость создания сложных законов изменения магнитных полей при широком диапазоне изменения мощности.
• Использование большого числа совместно работающих источников при наличии электромагнитных связей между нагрузками.
• Наличие ограничений, накладываемых конструкциями электромагнитной системы на предельные значения токов и напряжений.
• Необходимость учета возможностей питающей энергосистемы по потребляемой импульсной мощности и требований по компенсации реактивной мощности.

Система импульсного питания включает в себя кабели от линейных ячеек КРУ-10 кВ системы внешнего электроснабжения и источники питания обмоток ЭМС в составе:

• анодных трансформаторов;
• управляемых тиристорных преобразователей, уравнительных реакторов и другого преобразовательного оборудования;
• шинопроводы для подачи тока и напряжения на обмотки электромагнитной системы.

Система импульсного электроснабжения осуществляет подачу энергии в соответствии со сценарием разряда в тороидальную обмотку (TF), 6 полоидальных обмоток КТМ (PF1 - PF6), центральный соленоид (CS) и обмотки быстрого управления положением плазмы (HFC).

Электропитание обмоток ЭМС КТМ осуществляется от главного силового трансформатора типа ТРДЦНМ-100000/220/10У1, предусмотренного в проекте внешнего электроснабжения КТМ и расположенного в ОРУ 220 кВ КТМ. Напряжение от главного силового трансформатора поступает в блок электротехнических устройств на две секции шин РУ-10 кВ. От данного распределительного устройства напряжение поступает непосредственно на сетевые обмотки преобразовательных трансформаторов Тр.1,..., Тр.9 источников питания ЭМС КТМ. Преобразовательные трансформаторы в составе источников питания являются многообмоточными для обеспечения требуемой пульсности выпрямленного напряжения и требуемой величины силы тока в обмотках ЭМС КТМ. От вторичных обмоток преобразовательных трансформаторов напряжение поступает на тиристорные преобразователи ТП1,..., ТП8 и источник питания ВЧ-нагрева.

С целью унификации управляемых тиристорных преобразователей источников питания электромагнитной системы КТМ принята блочная схема комплектации источников питания. Основным элементом схемы является управляемый тиристорный преобразователь (УТП) со следующими параметрами: выпрямленное напряжение - до 950 В, номинальный ток - 15000А, схема выпрямления 12-ти пульсная 3-х фазная мостовая.

Данный модуль используется для создания управляемых выпрямителей для питания всех обмоток ЭМС. Унификация модуля тиристорного преобразователя позволяет унифицировать и схемы поджига (запуска) тиристоров и источники их электропитания.Структурно проектируемый тиристорный преобразователь состоит из вводного блока переменного тока, двух тиристорных блоков, двух блоков шин постоянного тока.

В водном блоке расположены шины переменного тока, диоды и конденсаторы демпфирующих RC-цепей для защита от перенапряжений со стороны переменного тока и конденсатор фильтра высших гармоник. Учитывая особенности нагрузки - возможность возникновения перенапряжений по выпрямленной стороне, связанных со срывами плазмы в процессе эксперимента, а также возможность коммутационных перенапряжений по выпрямленной стороне, предусматривается варисторы защит от перенапряжений со стороны нагрузки. В релейном отсеке вводного блока также расположены блоки питания измерительных преобразователей тока и модулей поджига тиристоров данного УТП, а также микропроцессорные блоки РЗА согласующих трансформаторов.

В тиристорных блоках расположены тиристорные панели в количестве 5 штук на блок, на которых смонтированы предохранители, шунты (Rш), тиристоры, водяные радиаторы для их охлаждения и трубы системы охлаждения. Для исключения возникновения вихревых токов в замкнутых металлических контурах трубы системы охлаждения выбраны пластиковыми.

На панели тиристоры собираются в компактный 6-пульсный мост, с параметрами ток - 6000 A, напряжение 1800 В для 5 секундного импульса с повторением каждые 12 минут. Он используются как базисный модуль для преобразователей и как запасной блок в случае выхода из строя тиристоров. Эти панели охлаждаются водой и имеют плавкие предохранители, включенные по вводу переменного тока, предохраняющие оборудование в случае неисправности тиристоров. Каждая панель подключается отдельными шинами, для того чтобы распределить потери мощности одинаково между параллельно включенными тиристорами и минимизировать импеданс между трансформаторами и преобразователями.

Для электрошкафов преобразовательного оборудования источников питания электромагнитной системы КТМ используются стандартные корпуса сборно-сварной конструкции напольного крепления серии КС, типоразмера 4250х800х3050 мм, в которых устанавливаются тиристорные панели. На скомпонованных соответствующим образом профилях и дверцах устанавливается электрическое оборудование преобразовательных устройств.

Для регулирования режимов источника питания выбрана цифровая система управления (СЦУ), как наиболее современное решение, которая наряду с повышенной помехозащищенностью позволяет более гибко и точно осуществлять контроль и управление объектом. Система цифрового управления является составной частью системы автоматизации экспериментов. Система цифрового управления (СЦУ) преобразовательного комплекса организовано в виде стоек цифрового управления на базе промышленных комплектов шасси. Устройства УТП, обеспечивающие передачу сигналов в систему цифрового управления и исполнение ее команд - измерительный преобразователь тока ПИТ-3к, преобразователь напряжения ППН-1к, модуль поджига тиристоров МПТ-4А размещаются в шкафах УТП на каждой из панелей.