KEMA實驗室研究能力分析

孫福軍，于春來，朱學成，張洪達，孫 巍，李 琳,劉 洋

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

KEMA實驗室研究能力分析

孫福軍1，于春來2，朱學成2，張洪達2，孫 巍2，李 琳2,劉 洋2

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

為了參考借鑒國際先進實驗室的試驗能力和試驗水平，通過對荷蘭阿納姆KEMA實驗室的調研分析，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劃布局、電源接線方式、實驗能力和升級改造，為未來黑龍江省低溫試驗基地的規劃和建設提供參考。

高壓試驗室；低溫；電力設備

隨著電力技術的發展，電壓等級、傳輸容量、輸送距離不斷提升，特別是設備容量和電壓等級的不斷提升對電力設備的實驗條件提出了更高的要求[1-2]。未來特高壓建設不可避免地向高寒地區延伸，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的要求，這是目前建設特高壓國內試驗體系面臨的新挑戰[3-6]。

當代實驗室的發展已經逐漸超越了傳統意義上的僅僅作為試驗場地的概念。實驗室在進行技術研究的同時，向著技術服務、技術鑒定、技術支持等方面拓展。荷蘭的KEMA實驗室就是這方面的引領者。本文通過對荷蘭KEMA實驗室進行調研，旨在對未來中國建設以低溫環境電力設備運行和特高壓建設為背景的實驗基地、提升高寒地區電力系統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在阿納姆市的測試機構。2012年，KEMA并入DNV(挪威船級社)，并成為DNV KEMA能源及可持續發展部門。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”)已經成為技術領先的世界級實驗室。作為國際短路試驗聯盟(STL)、國際電工技術委員會(IEC)以及國際大電網會議(CIGRE)會員之一，KEMA實驗室不僅能為客戶提供各種電力設備專業的測試服務，還將業務擴展到電力行業組織質量認證、電力技術的研究與管理咨詢、資產狀況與風險評估以及可靠性改進等方面。

KEMA實驗室已經發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

在當今世界全球化資源配置和技術傳播日趨快捷的形勢下，一個可靠、權威的認證機構起著越來越重要的作用。KEMA實驗室經過近90年的發展，已經成為全球最具權威的第三方試驗、檢驗及認證機構，電力測試和認證是 KEMA實驗室的核心服務內容之一，擔當起了電力設備技術和可靠性服務的標桿 。

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能分力最強，是全球首個能測試特高壓(1200 kV)電力設備的實驗室，它擁有全行業最大的短路容量，經過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模采用短路發電機的大容量實驗室，擁有最為齊全的大容量試驗設備。

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，主要由發電機、變壓器、開關場地、高功率實驗室組成，如圖3所示。其中發電機在實驗室的最西側，分別通過變壓器、開關場地連接至高功率實驗室。發電機安裝在大廳中，在發電機側設有發電機控制室。變壓器和開關場地為露天敞開方式，高功率實驗室內設有實驗室、調節元件室和相應的控制室。

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

圖4 KEMA阿納姆大容量實驗室發電機房內的短路發電機

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電機安放在發電機試驗站中，是一種專門設計的三相發電機，如圖 4所示。最初KEMA實驗室安裝了4組短路發電機，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臺發電機可實現并聯運行，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能力，最近又增加了2臺短路發電機，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的升級和 改進

為滿足設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能力，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品短路試驗的需求，同時出于經濟和技術條件的考量，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，基本結構見圖 6。改造后該合成試驗回路已經能滿足1200 kV電壓等級產品的全極試驗的要求，其產生的暫態恢復電壓(TRV)峰值可超2000 kV。

圖6 KEMA 合成試驗回路的結構

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)，但隨著電網電壓水平的提高，系統的短路容量也隨之提升，系統所用設備，尤其是斷路器和變壓器產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臺短路發電機的基礎上，于2012年投資7000萬歐元增加2臺發電機組。為了確保最終6臺機組能并聯運行，新增的2臺機組與原有機組規格型號相同。

圖7 升級前KEMA實驗室鳥瞰

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

2015年，新增的2臺機組安裝調試完畢投入使用。目前，通過控制6臺機組的并聯運行，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中特大容量變壓器和斷路器產品的試驗需求。

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 以短路發電機為核心，構建多方式、多電壓等 級的實驗能力

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

4.2 實驗室布局科學合理

KEMA實驗室在電氣連接上以短路發電機為核心，在實驗室的功能實現上同樣以短路發電機為核心(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 實驗室能力建設方面采取循序漸進的方式

KEMA實驗室持續跟蹤技術發展對測試的需求變化，并據此及時更新和提升實驗能力。通過這種方式KEMA實驗室能不斷滿足新技術發展對測試的需求，能夠在幾十年間始終處于電力測試的前沿水平。

5 結 語

KEMA實驗室在大容量實驗能力的規劃設計、平面布局、試驗室設備選擇等方面具有超前獨到的特色，為日后持續擴充實驗能力創造了條件。通過梳理分析KEMA實驗室的規劃設計能力建設情況，了解其試驗能力和試驗水平，將會對我國相關實驗基地的建設提供相應的參考。

[1] 康琤.高等級電力實驗室的設計討論[J].工程建設與設計，2008(Z1):54-55. KANG Cheng.The design of advanced electric power laboratory[J].Public Utilitie Design，2008(Z1):54-55.

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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，現從事科技管理和研發工作。

TM734

A

2095-6843(2017)02-0141-04