KEMA实验室研究能力分析

孙福军，于春来，朱学成，张洪达，孙 巍，李 琳,刘 洋

(1.国网黑龙江省电力有限公司，哈尔滨 150000；2.国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，哈尔滨 150030)

KEMA实验室研究能力分析

孙福军1，于春来2，朱学成2，张洪达2，孙 巍2，李 琳2,刘 洋2

(1.国网黑龙江省电力有限公司，哈尔滨 150000；2.国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，哈尔滨 150030)

为了参考借鉴国际先进实验室的试验能力和试验水平，通过对荷兰阿纳姆KEMA实验室的调研分析，梳理了KEMA实验室的历史沿革和分布概况，重点分析了该试验室的规划布局、电源接线方式、实验能力和升级改造，为未来黑龙江省低温试验基地的规划和建设提供参考。

高压试验室；低温；电力设备

随着电力技术的发展，电压等级、传输容量、输送距离不断提升，特别是设备容量和电压等级的不断提升对电力设备的实验条件提出了更高的要求[1-2]。未来特高压建设不可避免地向高寒地区延伸，对模拟和试验高寒运行条件的试验室提出了更苛刻和更专业的要求，这是目前建设特高压国内试验体系面临的新挑战[3-6]。

当代实验室的发展已经逐渐超越了传统意义上的仅仅作为试验场地的概念。实验室在进行技术研究的同时，向着技术服务、技术鉴定、技术支持等方面拓展。荷兰的KEMA实验室就是这方面的引领者。本文通过对荷兰KEMA实验室进行调研，旨在对未来中国建设以低温环境电力设备运行和特高压建设为背景的实验基地、提升高寒地区电力系统运行水平提供参考和借鉴。

1 KEMA实验室的历史沿革

KEMA成立于1927年，最初为荷兰电力行业在阿纳姆市的测试机构。2012年，KEMA并入DNV(挪威船级社)，并成为DNV KEMA能源及可持续发展部门。2013年，因DNV与GL(德国劳氏船级社)合并成立新的DNV·GL集团，原DNV KEMA再次变更为DNV·GL Energy[7]。

DNV·GL Energy实验室(以下简称为“KEMA实验室”)已经成为技术领先的世界级实验室。作为国际短路试验联盟(STL)、国际电工技术委员会(IEC)以及国际大电网会议(CIGRE)会员之一，KEMA实验室不仅能为客户提供各种电力设备专业的测试服务，还将业务扩展到电力行业组织质量认证、电力技术的研究与管理咨询、资产状况与风险评估以及可靠性改进等方面。

KEMA实验室已经发展壮大为一个全球化的实验室体系，分实验室分布在荷兰、美国和捷克。其中在荷兰的分实验室包括KEMA大功率实验室(KEMA High-Power Laboratory)、KEMA高电压实验室(KEMA High-Voltage Laboratory)和KEMA计量保护和变电站自动化实验室(KEMA Metering Protection and Substation Automation Laboratory)三个部分；在美国位于查尔方特的KEMA实验室(美国)(KEMA Laboratory USA)和位于罗切斯特的KEMA电池和储能装置实验室(KEMA Bettery and Energy Storage TestLaboratory)；捷克的布拉格还有KEMA大功率和高电压实验室(KEMA High-Power & High-Voltage Laboratory Prague)。本文主要介绍位于荷兰阿纳姆的KEMA大容量(大功率高电压)实验室。

2 KEMA实验室概况

在当今世界全球化资源配置和技术传播日趋快捷的形势下，一个可靠、权威的认证机构起着越来越重要的作用。KEMA实验室经过近90年的发展，已经成为全球最具权威的第三方试验、检验及认证机构，电力测试和认证是 KEMA实验室的核心服务内容之一，担当起了电力设备技术和可靠性服务的标杆 。

KEMA大容量实验室位于阿纳姆(Arnhem)市西南郊的莱茵河北岸，离火车站2.5 km，离阿姆斯特丹市约115 km。图1为荷兰KEMA实验室的平面置图，图2为KEMA实验室鸟瞰图。

图1 KEMA实验室地图

图2 KEMA阿纳姆实验室鸟瞰图

3 KEMA大容量实验室

KEMA实验室在全世界一共拥有三个大容量实验室，其中位于阿纳姆的大容量分实验室试验能分力最强，是全球首个能测试特高压(1200 kV)电力设备的实验室，它拥有全行业最大的短路容量，经过2014年-2015年的扩建，实验室的短路容量增至13 000MVA。

3.1 KEMA实验室的大容量试验的总体布置

KEMA实验室是目前世界上最大规模采用短路发电机的大容量实验室，拥有最为齐全的大容量试验设备。

图3 阿纳姆大容量(高功率)实验室的布置情况

大容量(高功率)实验室是KEMA阿纳姆实验室中最重要的部分，主要由发电机、变压器、开关场地、高功率实验室组成，如图3所示。其中发电机在实验室的最西侧，分别通过变压器、开关场地连接至高功率实验室。发电机安装在大厅中，在发电机侧设有发电机控制室。变压器和开关场地为露天敞开方式，高功率实验室内设有实验室、调节元件室和相应的控制室。

3.2 KEMA实验室的大容量试验的电源方式

通常大容量实验室根据电源种类不同分为二类：一类是实验室直接由电网供电，另一类是实验室通过与电网分开的独立电源(发电机、电容器组等)来供电。第一类电源方式的弊端是：电网容量通常都难以满足试验需求，试验参数无法根据需要灵活调节，而且电网无法承受频繁的短路和高过电压的影响。因此，KEMA实验室采用了发电机供电的方法,所需要的电源容量可灵活调节，不会对电网产生影响。

图4 KEMA阿纳姆大容量实验室发电机房内的短路发电机

图5 阿纳姆大容量实验室主接线回路

为试验提供短路容量的短路发电机安放在发电机试验站中，是一种专门设计的三相发电机，如图 4所示。最初KEMA实验室安装了4组短路发电机，用于试验的三相直接容量 (在试验端的容量)可达到8400 MVA，单相直接试验容量可达5000 MVA。试验过程中通过精确控制4台发电机可实现并联运行，能够完成额定电压145 kV、最大短路开断电流31.5 kA的三相断路器试验。阿纳姆实验室具有非常强大的短路试验能力，最近又增加了2台短路发电机，阿纳姆的大容量实验室目前是世界上装机容量最大的强电流短路实验室。

3.3 KEMA实验室的大容量试验技术的升级和 改进

为满足设备厂家及终端客户的需求，特别是特高压试验的需求，KEMA实验室不断提升自身的试验能力，主要采用两种提升措施。

3.3.1 合成试验回路的改进

2007年-2008年，为满足国际市场对更高电压等级的断路器产品短路试验的需求，同时出于经济和技术条件的考量，KEMA实验室对阿纳姆大容量实验室的合成试验回路进行了改造：采用两级电压回路进行叠加的方案，基本结构见图 6。改造后该合成试验回路已经能满足1200 kV电压等级产品的全极试验的要求，其产生的暂态恢复电压(TRV)峰值可超2000 kV。

图6 KEMA 合成试验回路的结构

3.3.2 短路容量的提升

尽管KEMA实验室的阿纳姆大容量实验室已经是世界上装机容量最大的短路实验室(如图7所示)，但随着电网电压水平的提高，系统的短路容量也随之提升，系统所用设备，尤其是断路器和变压器产品的短路电流耐受能力也在不断提高。为提升短路试验的能力，阿纳姆大容量实验室在原有4台短路发电机的基础上，于2012年投资7000万欧元增加2台发电机组。为了确保最终6台机组能并联运行，新增的2台机组与原有机组规格型号相同。

图7 升级前KEMA实验室鸟瞰

新增加的2台短路发电机(图中8左侧箭头位置)在原有的发电机室的侧面，同时还增设了变压器短路试验的试验廊桥(图8中右侧箭头位置)。

2015年，新增的2台机组安装调试完毕投入使用。目前，通过控制6台机组的并联运行，阿纳姆大容量实验室最大测试功率可达到13 GW，开断电流达120 kA，可满足超高压及特高压电网中特大容量变压器和断路器产品的试验需求。

图8 升级后的KEMA实验室鸟瞰

4 KEMA实验室的特点

KEMA实验室在大容量试验方面，具有以下特点：

4.1 以短路发电机为核心，构建多方式、多电压等 级的实验能力

通过建设多台短路发电机实现最重要的短路能量供给，进而将短路发电机连接不同的负载和试验电路就可以灵活地实现如变压器短路冲击、断路器开断试验等大容量试验。

4.2 实验室布局科学合理

KEMA实验室在电气连接上以短路发电机为核心，在实验室的功能实现上同样以短路发电机为核心(如图9所示)，这种布局一方面缩短各部分的连线距离，缩短线路上的杂散电感等分布参数的影响,另一方面便于布置各实验室的位置，使得各实验室均能较好地开展试验。

图9 KEMA实验室功率流的方向

4.3 实验室能力建设方面采取循序渐进的方式

KEMA实验室持续跟踪技术发展对测试的需求变化，并据此及时更新和提升实验能力。通过这种方式KEMA实验室能不断满足新技术发展对测试的需求，能够在几十年间始终处于电力测试的前沿水平。

5 结 语

KEMA实验室在大容量实验能力的规划设计、平面布局、试验室设备选择等方面具有超前独到的特色，为日后持续扩充实验能力创造了条件。通过梳理分析KEMA实验室的规划设计能力建设情况，了解其试验能力和试验水平，将会对我国相关实验基地的建设提供相应的参考。

[1] 康琤.高等级电力实验室的设计讨论[J].工程建设与设计，2008(Z1):54-55. KANG Cheng.The design of advanced electric power laboratory[J].Public Utilitie Design，2008(Z1):54-55.

[2] 胡兆光,李英,李琼慧,等.电力供需实验室的开发与建设[J]. 电力技术经济，2007,19(1):42-47. HU Zhaoguang, LI Ying, LI Qionghui,et al. Development and establishment of the laboratory of electric power supply and demand[J]. Electric Power Technology, 2007, 19(1):42-47.

[3] 孙晨,秦军，魏春明,等.基于漠河输变电设备低温户外试验场的电力设备低温研究特[J].黑龙江电力, 2014,36(4):364-366. SUN Chen，QIN Jun，WEI Chunming，et al. Study on electric power equipment low temperature based OH outdoor test field of power transmission and transformation equipment in Mohe[J]. Heilongjiang Electric Power, 2014,36(4):364-366.

[4] 于永清,李光范,孙麟，等.特高压直流试验基地的功能与设计思想[J].电网技术,2008,38(7):10-13. YU Yongqing，LI Guangfan，SUN Lin, et al. Function and Design Idea of UHVDC test base[J]. Power System Technology, 2008,38(7):10-13.

[5] 张文亮，于永清，李光范，等.西藏高海拔试验基地的功能与设计[J].高电压技术，2009,39(8)：1985-1990. ZHANG Wenliang，YU Yongqing，LI Guangfan，et al. Function and design of the high altitude Tibet test base[J].High Voltage Engineering，2009,39(8):1985-1990.

[6] 董朝阳,赵俊华,文福拴,等.从智能电网到能源互联网：基本概念与研究框架[J].电力系统自动化, 2014, 38(15):1-11. DONG Zhaoyang,ZHAO Junhua,WEN Fushuang, et al. From smart grid to energy internet:basic concept and research framework[J].Automation of Electric Power Systems,2014,38(15):1-11.

[7] 朱金凤,崔岩.面向未来的DNV·GL(KEMA)实验室 走进DNV·GL Energy实验室[J].电气制造,2015,15(1):18-21. ZHU Jinfeng CUI Yan. DNV oriented GL (KEMA) laboratory into the future DNV GL energy laboratory[J]. Electric Manufacturing, 2015,15(1):18-21.

(编辑 陈银娥)

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。

孙福军(1963—),男，高级工程师，现从事科技管理和研发工作。

TM734

A

2095-6843(2017)02-0141-04