超导储能系统的失超检测

超导磁体的失超检测与保护是超导电力技术实用化的一个重要课题。文中针对超导储能系统的特点,设计了一套用于超导储能(SMES)磁体的失超检测系统。该系统采用有源功率检测方法,通过对超导磁体上产生的失超信号进行隔离、放大、滤波以及比较等,实现失超信号的检测。实验结果表明,该失超检测系统能够及时准确的检测到失超信号,为超导储能系统的失超保护提供了可靠的前提条件。     

高温超导SMES磁体的失超检测研究

失超保护是保证磁体安全运行的重要措施,而失超检测是失超保护正常动作的前提。由于SMES磁体运行工况的特殊性,现有失超检测方法在失超信号提取上遇到电磁噪声干扰严重的问题。文中针对高温超导SMES的运行工况,对电桥检测法进行了改进,通过对电桥信号的滤波设计解决电磁噪声干扰,设计了一套适用于高温超导SMES磁体在交变电流情况下的失超检测系统,同时进行了高温超导磁体的失超检测实验。实验结果表明,此系统能快速、准确地检测失超信号,并输出保护动作信号。     

超导储能系统失超保护实验研究

介绍了超导储能系统的失超保护实验,分别对实验装置、失超保护系统、实验连线以及实验电路四个方面进行了阐述。在超导储能系统运行过程中,通过测量在磁体电流超过临界电流情况下,失超保护系统中失超电压及电流的变化曲线,分析了不同充电电流对磁体阀值电压的影响以及在磁体参数改变下失超保护系统的适用情况。实验结果表明,失超保护系统能快速、准确地检测失超信号,并进行保护动作。同时,实验数据的统计也说明了不同的充电电流速度对阀值电压没有产生影响。     

小型NbTi磁体的失超传播特性研究

针对小型实验NbTi超导磁体,通过建立螺线管线圈正常态区域传播的数学模型来定性描述其三维传播特性,并就磁体失超的实验波形做深入分析,阐述绕组匝间及层间的热传导效应对磁体失超传播速度的影响,掌握实验磁体失超过程中的内阻变化曲线,为磁体的失超信号检测与保护奠定良好的理论基础。     

HT-7U中心螺管模型线圈失超信号检测

中心螺管是超导托卡马克装置磁体系统的重要组成部分 ,在 HT- 7U中 ,中心螺管采用管装超导电缆绕制 ,线圈以脉冲方式运行。文中介绍了 HT- 7U中心螺管模型线圈实验中 ,失超信号检测系统的工作原理及失超信号特点。当磁体以脉冲方式运行时 ,失超信号检测系统为装置提供可靠的失超保护动作信号 ;还给出了有关的实验数据和检测系统记录的失超信号变化曲线。     

MICE超导耦合磁体分段内保护仿真研究

超导磁体失超过程中会产生过大内电压和局部温升,这有可能对磁体造成破坏。对超导磁体进行分段内保护是降低失超过程中内电压和局部温升的有效办法,但是分段后各段线圈之间相互耦合,使得失超过程分析复杂化。将已有的单段失超传播模型推广到分段保护磁体的失超分析,研发了失超过程仿真算法。应用该算法对M ICE超导耦合磁体在不同分段保护系统下的失超过程进行仿真研究,得到了电流、电压、温度等有关物理量变化曲线。仿真结果表明,通过选择合适的分段数和分段保护电阻,可以控制M ICE超导耦合磁体失超过程中内电压和局部温升在允许范围内。     

45T混合磁体外超导磁体失超保护系统设计北大核心CSCD

由中国科学院强磁场科学中心建成的混合磁体包含着内水冷磁体和外超导磁体两大部件,目前已经成功达到40T的中心磁场,在下一轮实验将冲击45T磁场.作为中国磁场强度最高的稳态强磁场装置,其失超保护系统合理的设计是该磁体安全运行的重要保证.本文详细介绍了45T混合磁体外超导磁体失超保护系统设计,主要包括:同绕线、二次补偿、失超保护电路以及失超保护参数的选取.同时对混合磁体在运行调试期间外超导磁体出现的两次失超与保护动态过程也进行了分析与讨论.     

超导储能磁体的失超保护装置

根据电力系统对超导储能(SMES)装置的要求,并针对中国电力科学研究院制备的YBCO和BSCCO超导储能磁体失超的特点,作者研制了一套数字式失超保护装置.该装置采用数字信号处理技术(DSP)进行算法实现,通过对失超触发事件进行处理来控制保护电路的动作;同时,进行人机界面的开发,用于监测工作环境、失超保护电路及超导磁体的工作状态.最终,该装置通过了SMES系统动模试验,从而验证了其有效性.     

CLIQ失超保护系统在CCT二极磁体上的应用

中国科学院高能物理研究所超导磁体团队为大型强子对撞机亮度升级项目(HL-LHC)研制了一种斜螺线管型超导二极磁体,为评估CLIQ失超保护系统在该磁体上的性能表现,建立CLIQ失超保护系统在CCT超导磁体上的数值模拟分析方法,根据计算结果搭建了一套CLIQ失超保护系统进行实验验证。数值模拟结果与实验结果证明了CLIQ失超保护系统对CCT超导磁体的高效保护,同时两者十分吻合。     

多线圈螺线管超导磁体的失超过程模拟

大型多线圈超导磁体常采用分段被动保护的方式以保证磁体在失超时不被损坏。针对此种保护模式,采取基于有限体积的数值方法模拟某核磁共振成像(MRI)超导磁体失超后的失超传播过程,分析线圈失超过程中的热点温度以及电流和电压随时间变化,并对失超电路中各部分的作用进行定量的计算与讨论,为多线圈结构磁体的失超保护方案设计提供参考意见。     

HT-7超导托卡马克纵场桥路信号的分析及失超保护系统的改进

简明介绍了 HT- 7超导托卡马克纵场失超保护的原理及硬件电路存在的缺陷。重点分析对纵场桥路信号的计算机采集、处理和保护结果 ,并据此对失超保护进行改进。     

基于大型超导测试平台的移能电阻系统设计

大型超导测试平台用于测试大型超导磁性负载的性能。测试过程中,当超导磁性负载失去超导性能时,大量能量积聚于负载内部从而造成难以恢复的损害,因此需要立刻通过失超保护系统将存储于超导磁性负载内部的能量转移出并进行有效的释放。在失超保护系统中移能电阻系统用于所转移能量的承载,并通过热量排散的形式进行能量释放。针对大型超导测试平台中待测试超导磁性负载参数,设计的移能电阻系统可以根据待释放能量总量、能量转移时间以及系统电气参数等需求,通过改变电阻系统内部的连接结构从而调节移能电阻系统的能量转移过程。通过对移能电阻系统的矩阵模块化设计以及单移能电阻模块结构设计进行分析,针对每个移能电阻模块的抗电磁应力、杂散电感、结构支撑等设计进行有限元仿真分析,从而验证移能电阻系统设计的可行性。     

分段保护超导螺线管磁体失超过程的过电压

超导磁体失超过程的过电压准确分析是失超保护系统设计的基础。对于分段保护的超导螺线管磁体,在传统椭球形正常区失超传播模型的基础上,将3维温度计算结果映射到1维导线方向上,确定沿导线的温度分布,进而计算出各匝电阻。将线圈看作以匝为单位的电阻和电感组成的电路,计算出沿导线的电阻电压、电感电压以及合电压瞬态分布,较准确地估计了失超过程中最大对地电压、层间电压和匝间电压。利用该方法对某分段保护的螺线管磁体进行了计算,获得了失超过程中磁体内部过电压;发现磁体内部的电压分布由方向相反的电感电压和电阻电压共同决定;以单段正常区电阻电压作为该磁体对地电压过于保守。     

MRI、NMR低温超导磁体失超保护综述

用超导磁体制造NMR、MRI等核磁共振设备越来越普遍,超导磁体的失超保护在磁体设计中是一个很关键的问题.本文从失超保护方式,保护电路设计、加速失超方法等三个方面总结了如何为一个超导磁体尤其是核磁共振用超导磁体设计失超保护方案,指出了一些常见的问题的解决办法,最后还介绍并比较了一些常用失超模拟软件,以期为相关科研人员提供有价值的参考.     

Analysis of superconducting cavity quench events at SSRF

Quench is important and dangerous to superconducting RF cavities. This paper illustrates the mechanism of quench and how a quench detector works, and analyzes the quench events happening during beam operations and cavity conditioning. We find that the quench protection is mostly triggered by some reasons such as fluctuation of cavity voltage, multipacting or arc, rather than a real cavity thermal breakdown. The results will be beneficial to optimize the operation parameters of superconducting cavities, to discover the real reasons for beam trip by quench interlock, and to improve the operation stability of superconducting RF systems.     

一种脉冲电流工况下晶闸管缓冲电路的优化方法

对脉冲工况下超导磁体失超保护系统的晶闸管阀组缓冲回路参数进行设计和优化。基于晶闸管反向恢复电流的指数衰减模型建立了晶闸管关断时刻的电流数学模型。通过测试实验获得关键参数之间的关系并结合晶闸管性能及系统要求在Matlab中建立晶闸管电流反向恢复模型。考虑关断时刻电流下降率、反向恢复电压峰值等性能指标要求及回路研制费用,提出了一种脉冲工况下晶闸管缓冲回路的参数设计及优化方法。在Matlab中搭建失超保护系统模型,对比优化前后缓冲回路对系统在晶闸管关断时刻电气性能的影响,仿真结果显示,相比于原参数,最优参数下,反向恢复电压峰值降低了11%,反向恢复电压变化率峰值降低了43%。同时,回路制造成本降低为原先的1/7。     

C掺杂MgB2超导线材的失超特性研究

研究了不同芯数(单芯、6芯和12芯)的C掺杂MgB2超导线材的失超特性.在制冷机环境(20K)下测量了C掺杂MgB2超导线材样品在自场下的最小触发能及失超传播速度.实验结果表明,失超传播速度随着工作电流的增大而线性增加.失超传播速度的大小跟测量位置有关,离触发区越近的传播速度越大.单芯样品的最小触发能最小,6芯和12芯线的最小触发能相差不大.最小触发能随工作电流的增加成指数形式衰减.     

Analysis of superconducting cavity quench events at SSRF

Quench is important and dangerous to superconducting RF cavities. This paper illustrates the mechanism of quench and how a quench detector works, and analyzes the quench events happening during beam operations and cavity conditioning. We find that the quench protection is mostly triggered by some reasons such as fluctuation of cavity voltage, multipacting or arc, rather than a real cavity thermal breakdown. The results will be beneficial to optimize the operation parameters of superconducting cavities, to discover the real reasons for beam trip by quench interlock, and to improve the operation stability of superconducting RF systems.     

液氮浸泡式高性能ReBCO超导带材失超传播特性研究

高性能高温超导带材在大型超导磁体装置上的应用已成为一种趋势,由于存在失超传播速度缓慢、失超检测信号微弱等不足,对失超保护设计提出很大挑战。本文基于液氮浸泡式双保护层的高性能ReBCO带材失超传播特性,采用一维热平衡方程建立失超传播速度的数学模型,通过增加失超源,检测热点温度与电压信号,探究液氮浴环境下的ReBCO带材在传输电流等不同参数下失超传播速度和最小失超能量的变化规律。结果显示:相同条件下,高温超导带材的失超传播速度与传输电流成正相关,最小失超能量与传输电流成负相关,且相比无保护层的普通高温超导带材,具有双保护层的高性能ReBCO临界电流和触发裕度均有提升。