孫福軍，于春來，朱學(xué)成，張洪達，孫 巍，李 琳,劉 洋

(1.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司，哈爾濱 150000；2.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，哈爾濱 150030)

KEMA實驗室研究能力分析

孫福軍1，于春來2，朱學(xué)成2，張洪達2，孫 巍2，李 琳2,劉 洋2

(1.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司，哈爾濱 150000；2.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，哈爾濱 150030)

為了參考借鑒國際先進實驗室的試驗?zāi)芰驮囼炈剑ㄟ^對荷蘭阿納姆KEMA實驗室的調(diào)研分析，梳理了KEMA實驗室的歷史沿革和分布概況，重點分析了該試驗室的規(guī)劃布局、電源接線方式、實驗?zāi)芰蜕壐脑?，為未來黑龍江省低溫試驗基地的?guī)劃和建設(shè)提供參考。

高壓試驗室；低溫；電力設(shè)備

隨著電力技術(shù)的發(fā)展，電壓等級、傳輸容量、輸送距離不斷提升，特別是設(shè)備容量和電壓等級的不斷提升對電力設(shè)備的實驗條件提出了更高的要求[1-2]。未來特高壓建設(shè)不可避免地向高寒地區(qū)延伸，對模擬和試驗高寒運行條件的試驗室提出了更苛刻和更專業(yè)的要求，這是目前建設(shè)特高壓國內(nèi)試驗體系面臨的新挑戰(zhàn)[3-6]。

當(dāng)代實驗室的發(fā)展已經(jīng)逐漸超越了傳統(tǒng)意義上的僅僅作為試驗場地的概念。實驗室在進行技術(shù)研究的同時，向著技術(shù)服務(wù)、技術(shù)鑒定、技術(shù)支持等方面拓展。荷蘭的KEMA實驗室就是這方面的引領(lǐng)者。本文通過對荷蘭KEMA實驗室進行調(diào)研，旨在對未來中國建設(shè)以低溫環(huán)境電力設(shè)備運行和特高壓建設(shè)為背景的實驗基地、提升高寒地區(qū)電力系統(tǒng)運行水平提供參考和借鑒。

1 KEMA實驗室的歷史沿革

KEMA成立于1927年，最初為荷蘭電力行業(yè)在阿納姆市的測試機構(gòu)。2012年，KEMA并入DNV(挪威船級社)，并成為DNV KEMA能源及可持續(xù)發(fā)展部門。2013年，因DNV與GL(德國勞氏船級社)合并成立新的DNV·GL集團，原DNV KEMA再次變更為DNV·GL Energy[7]。

DNV·GL Energy實驗室(以下簡稱為“KEMA實驗室”)已經(jīng)成為技術(shù)領(lǐng)先的世界級實驗室。作為國際短路試驗聯(lián)盟(STL)、國際電工技術(shù)委員會(IEC)以及國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)會員之一，KEMA實驗室不僅能為客戶提供各種電力設(shè)備專業(yè)的測試服務(wù)，還將業(yè)務(wù)擴展到電力行業(yè)組織質(zhì)量認(rèn)證、電力技術(shù)的研究與管理咨詢、資產(chǎn)狀況與風(fēng)險評估以及可靠性改進等方面。

KEMA實驗室已經(jīng)發(fā)展壯大為一個全球化的實驗室體系，分實驗室分布在荷蘭、美國和捷克。其中在荷蘭的分實驗室包括KEMA大功率實驗室(KEMA High-Power Laboratory)、KEMA高電壓實驗室(KEMA High-Voltage Laboratory)和KEMA計量保護和變電站自動化實驗室(KEMA Metering Protection and Substation Automation Laboratory)三個部分；在美國位于查爾方特的KEMA實驗室(美國)(KEMA Laboratory USA)和位于羅切斯特的KEMA電池和儲能裝置實驗室(KEMA Bettery and Energy Storage TestLaboratory)；捷克的布拉格還有KEMA大功率和高電壓實驗室(KEMA High-Power & High-Voltage Laboratory Prague)。本文主要介紹位于荷蘭阿納姆的KEMA大容量(大功率高電壓)實驗室。

2 KEMA實驗室概況

在當(dāng)今世界全球化資源配置和技術(shù)傳播日趨快捷的形勢下，一個可靠、權(quán)威的認(rèn)證機構(gòu)起著越來越重要的作用。KEMA實驗室經(jīng)過近90年的發(fā)展，已經(jīng)成為全球最具權(quán)威的第三方試驗、檢驗及認(rèn)證機構(gòu)，電力測試和認(rèn)證是 KEMA實驗室的核心服務(wù)內(nèi)容之一，擔(dān)當(dāng)起了電力設(shè)備技術(shù)和可靠性服務(wù)的標(biāo)桿 。

KEMA大容量實驗室位于阿納姆(Arnhem)市西南郊的萊茵河北岸，離火車站2.5 km，離阿姆斯特丹市約115 km。圖1為荷蘭KEMA實驗室的平面置圖，圖2為KEMA實驗室鳥瞰圖。

圖1 KEMA實驗室地圖

圖2 KEMA阿納姆實驗室鳥瞰圖

3 KEMA大容量實驗室

KEMA實驗室在全世界一共擁有三個大容量實驗室，其中位于阿納姆的大容量分實驗室試驗?zāi)芊至ψ顝?，是全球首個能測試特高壓(1200 kV)電力設(shè)備的實驗室，它擁有全行業(yè)最大的短路容量，經(jīng)過2014年-2015年的擴建，實驗室的短路容量增至13 000MVA。

3.1 KEMA實驗室的大容量試驗的總體布置

KEMA實驗室是目前世界上最大規(guī)模采用短路發(fā)電機的大容量實驗室，擁有最為齊全的大容量試驗設(shè)備。

圖3 阿納姆大容量(高功率)實驗室的布置情況

大容量(高功率)實驗室是KEMA阿納姆實驗室中最重要的部分，主要由發(fā)電機、變壓器、開關(guān)場地、高功率實驗室組成，如圖3所示。其中發(fā)電機在實驗室的最西側(cè)，分別通過變壓器、開關(guān)場地連接至高功率實驗室。發(fā)電機安裝在大廳中，在發(fā)電機側(cè)設(shè)有發(fā)電機控制室。變壓器和開關(guān)場地為露天敞開方式，高功率實驗室內(nèi)設(shè)有實驗室、調(diào)節(jié)元件室和相應(yīng)的控制室。

3.2 KEMA實驗室的大容量試驗的電源方式

通常大容量實驗室根據(jù)電源種類不同分為二類：一類是實驗室直接由電網(wǎng)供電，另一類是實驗室通過與電網(wǎng)分開的獨立電源(發(fā)電機、電容器組等)來供電。第一類電源方式的弊端是：電網(wǎng)容量通常都難以滿足試驗需求，試驗參數(shù)無法根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)，而且電網(wǎng)無法承受頻繁的短路和高過電壓的影響。因此，KEMA實驗室采用了發(fā)電機供電的方法,所需要的電源容量可靈活調(diào)節(jié)，不會對電網(wǎng)產(chǎn)生影響。

圖4 KEMA阿納姆大容量實驗室發(fā)電機房內(nèi)的短路發(fā)電機

圖5 阿納姆大容量實驗室主接線回路

為試驗提供短路容量的短路發(fā)電機安放在發(fā)電機試驗站中，是一種專門設(shè)計的三相發(fā)電機，如圖 4所示。最初KEMA實驗室安裝了4組短路發(fā)電機，用于試驗的三相直接容量 (在試驗端的容量)可達到8400 MVA，單相直接試驗容量可達5000 MVA。試驗過程中通過精確控制4臺發(fā)電機可實現(xiàn)并聯(lián)運行，能夠完成額定電壓145 kV、最大短路開斷電流31.5 kA的三相斷路器試驗。阿納姆實驗室具有非常強大的短路試驗?zāi)芰?，最近又增加?臺短路發(fā)電機，阿納姆的大容量實驗室目前是世界上裝機容量最大的強電流短路實驗室。

3.3 KEMA實驗室的大容量試驗技術(shù)的升級和 改進

為滿足設(shè)備廠家及終端客戶的需求，特別是特高壓試驗的需求，KEMA實驗室不斷提升自身的試驗?zāi)芰?，主要采用兩種提升措施。

3.3.1 合成試驗回路的改進

2007年-2008年，為滿足國際市場對更高電壓等級的斷路器產(chǎn)品短路試驗的需求，同時出于經(jīng)濟和技術(shù)條件的考量，KEMA實驗室對阿納姆大容量實驗室的合成試驗回路進行了改造：采用兩級電壓回路進行疊加的方案，基本結(jié)構(gòu)見圖 6。改造后該合成試驗回路已經(jīng)能滿足1200 kV電壓等級產(chǎn)品的全極試驗的要求，其產(chǎn)生的暫態(tài)恢復(fù)電壓(TRV)峰值可超2000 kV。

圖6 KEMA 合成試驗回路的結(jié)構(gòu)

3.3.2 短路容量的提升

盡管KEMA實驗室的阿納姆大容量實驗室已經(jīng)是世界上裝機容量最大的短路實驗室(如圖7所示)，但隨著電網(wǎng)電壓水平的提高，系統(tǒng)的短路容量也隨之提升，系統(tǒng)所用設(shè)備，尤其是斷路器和變壓器產(chǎn)品的短路電流耐受能力也在不斷提高。為提升短路試驗的能力，阿納姆大容量實驗室在原有4臺短路發(fā)電機的基礎(chǔ)上，于2012年投資7000萬歐元增加2臺發(fā)電機組。為了確保最終6臺機組能并聯(lián)運行，新增的2臺機組與原有機組規(guī)格型號相同。

圖7 升級前KEMA實驗室鳥瞰

新增加的2臺短路發(fā)電機(圖中8左側(cè)箭頭位置)在原有的發(fā)電機室的側(cè)面，同時還增設(shè)了變壓器短路試驗的試驗廊橋(圖8中右側(cè)箭頭位置)。

2015年，新增的2臺機組安裝調(diào)試完畢投入使用。目前，通過控制6臺機組的并聯(lián)運行，阿納姆大容量實驗室最大測試功率可達到13 GW，開斷電流達120 kA，可滿足超高壓及特高壓電網(wǎng)中特大容量變壓器和斷路器產(chǎn)品的試驗需求。

圖8 升級后的KEMA實驗室鳥瞰

4 KEMA實驗室的特點

KEMA實驗室在大容量試驗方面，具有以下特點：

4.1 以短路發(fā)電機為核心，構(gòu)建多方式、多電壓等 級的實驗?zāi)芰?/p>

通過建設(shè)多臺短路發(fā)電機實現(xiàn)最重要的短路能量供給，進而將短路發(fā)電機連接不同的負(fù)載和試驗電路就可以靈活地實現(xiàn)如變壓器短路沖擊、斷路器開斷試驗等大容量試驗。

4.2 實驗室布局科學(xué)合理

KEMA實驗室在電氣連接上以短路發(fā)電機為核心，在實驗室的功能實現(xiàn)上同樣以短路發(fā)電機為核心(如圖9所示)，這種布局一方面縮短各部分的連線距離，縮短線路上的雜散電感等分布參數(shù)的影響,另一方面便于布置各實驗室的位置，使得各實驗室均能較好地開展試驗。

圖9 KEMA實驗室功率流的方向

4.3 實驗室能力建設(shè)方面采取循序漸進的方式

KEMA實驗室持續(xù)跟蹤技術(shù)發(fā)展對測試的需求變化，并據(jù)此及時更新和提升實驗?zāi)芰?。通過這種方式KEMA實驗室能不斷滿足新技術(shù)發(fā)展對測試的需求，能夠在幾十年間始終處于電力測試的前沿水平。

5 結(jié) 語

KEMA實驗室在大容量實驗?zāi)芰Φ囊?guī)劃設(shè)計、平面布局、試驗室設(shè)備選擇等方面具有超前獨到的特色，為日后持續(xù)擴充實驗?zāi)芰?chuàng)造了條件。通過梳理分析KEMA實驗室的規(guī)劃設(shè)計能力建設(shè)情況，了解其試驗?zāi)芰驮囼炈?，將會對我國相關(guān)實驗基地的建設(shè)提供相應(yīng)的參考。

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(編輯 陳銀娥)

Overview of experimental ability of KEMA

SUN Fujun1，YU Chunlai2，ZHU Xuecheng2，ZHANG Hongda2，SUN Wei2，LI Lin2，LIU Yang2

(1. State Grid Heilongjiang Power Company Limited, Harbin 150000, China; 2. Electric Power Research Institute of State Grid Heilongjiang Electric Power Co., Ltd., Harbin 150030, China)

In order to learn the test capability and test level from the internationally advanced laboratory, carding of historical evolution and distribution status of the KEMA Arnhem laboratory is done and selective analysis is made on the planning layout, wiring, experiment ability and upgrading through the investigation of Holland KEMA laboratory. It provides references for the future planning and construction of low temperature test base in Heilongjiang province. .

high voltage laboratory; low temperature; power equipment

2017-01-07。

孫福軍(1963—),男，高級工程師，現(xiàn)從事科技管理和研發(fā)工作。

TM734

A

2095-6843(2017)02-0141-04