HL-2M装置等离子体放电反馈控制系统

通过对HL-2M装置极向场线圈的参数和初始等离子放电控制需求的分析，基于实时采集系统和反射内存实时数据传输的先进控制集成技术，完成了整个HL-2M初始等离子体放电反馈控制系统的设计。新系统实现了稳定的1ms控制周期和实时数据传输，同时解决了实时控制周期和数据传输的延迟。实验结果表明新设计的等离子控制系统能满足初始等离子体极向场线圈电流控制的需求。     

HL-2M装置等离子体放电反馈控制系统

通过对HL-2M装置极向场线圈的参数和初始等离子放电控制需求的分析,基于实时采集系统和反射内存实时数据传输的先进控制集成技术,完成了整个HL-2M初始等离子体放电反馈控制系统的设计。新系统实现了稳定的1ms控制周期和实时数据传输,同时解决了实时控制周期和数据传输的延迟。实验结果表明新设计的等离子控制系统能满足初始等离子体极向场线圈电流控制的需求。     

磁场电源在 HL-2M 装置初始等离子体放电中的应用

磁场电源是 HL-2M 装置初始等离子体放电的重要组成部分,它关系到 HL-2M 装置零场的建立,等 离子体的击穿和维持及位形控制。为实现初始等离子体放电所需的供电电压和电流,对磁场电源从主回路、控制、 测量和保护分别作了相应的调整。在此基础上进行了大量的工程调试,确保了磁场电源的控制和保护等性能达到 初始等离子体放电的需求。在磁场电源运行中,电源控制性能和输出参数的一致性、纹波质量等都有显著提高。 介绍了磁场电源在调试及 HL-2M 装置初始放电中的应用。     

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利用TSC程序对HL-2M装置的纯欧姆放电参数进行了首次数值放电模拟,证实了极向场线圈系统具有实现预设的宏观等离子体参数的能力。数值放电模拟还利用基本的位移控制和等离子体电流控制系统实现了从孔栏位形到下单零偏滤器位形的稳定演变。模拟提供的一些主要结果为工程和物理目标设计提供重要的参考。     

HL-2A装置欧姆击穿电源改造

HL-2A装置欧姆电源放电设计有两种方式：当装置放电正常、等离子体击穿电压较低时，按电流对称的逻辑无环流方式运行；而在装置刚开始投入运行，放电条件不好、等离子体击穿电压较高时，则采用非对称方式运行，即断开正向整流器组，充电控制欧姆击穿电源电容器组，串联反向整流器组对HL-2A装置欧姆变压器原边线圈放电。     

HL-2A装置改造方案磁流体平衡的数值模拟

对HL-2A装置的改造方案进行数值模拟,获得了放电初始阶段零场区域设计的最佳方案、等离子体限制器平衡位形、单零偏滤器平衡位形和双零偏滤器平衡位形以及从气体击穿到等离子体电流平顶的等离子体平衡位形的演化过程。计算结果表明,该装置设计方案能够满足装置预期的设计参数要求。     

HL-2M 初始放电位形及波形设计

利用 EFIT 设计了可用于 HL-2M 初始放电的圆截面限制器位形以及偏滤器位形;设计了满足放电击 穿条件要求(零场区域平均杂散磁场应不超过 20G)的零场位形。综合分析放电过程伏秒数消耗及真空室涡流的影 响,使用 PF8 线圈电流补偿真空室涡流产生的杂散磁场,设计了等离子体电流 200kA 的限制器位形及偏滤器位形 的自洽的放电波形。将该放电波形作为放电调试的参考波形,成功实现了限制器位形的初始放电实验。      

HL—1装置等离子体位置反馈控制

本文简述了用位移做反馈控制信号,用非线性二位调节器组合前馈环节,控制厚钢壳(厚度d=5cm)外的垂直场和水平场线圈电流,在HL-1装置上实现了等离子体位置反馈控制的情况。当铁芯不饱和时,在水平和垂直两个方向上均可控制等离子体位置在±2mm之内。     

正弦（余弦）线圈探测等离子体位移方法的改进

用正弦(余弦)线圈与相应鞍形线圈感应信号的相加积分,来得到等离子体电流重心位移,是中小型托卡马克装置常用的方法,对了解与控制等离子体的平衡稳定,具有重要意义。但是在实际上由于中小装置放电时间较短,对等离子体电流及电流重心位移一般不加完善的控制,它们以及外加平衡控制场在放电期间都可以发生明显改变,从而在真空室壁中引     

HL-2A等离子体的控制和边界识别

在托卡马克装置中，等离子体控制是一项重要的基础性工作，是托卡马克装置等离子体能够平衡、正常放电运行重要而基本的条件。这项工作包括等离子体电流、位置、形状、密度、电流分布、q值的控制和等离子体破裂控制等。其中电流、位置和密度的控制是圆截面等离子体的基础性工作；对于非圆截面装置，除了电流、位置和密度的控制之外，形状的识别和控制又是必不可少的基础性工作。这其中等离子体形状的识别和位置控制又是最复杂和最困难的。本论文给出了HL-2A装置等离子体电流和水平位移控制的理论模型和MATLAB仿真结果，并具体介绍了目前HL-2A装置等离子体控制系统的软、硬件组成。     

HL-2M 装置初始放电安全联锁系统研制

为确保 HL-2M 装置能安全、稳定地进行初始等离子体放电实验,参考国际热核聚变实验堆(ITER) 的安全联锁设计,并结合 HL-2M 装置的实际现状,建立了一套基于可编程逻辑控制器(PLC)慢控制的中央安全联 锁系统。搭建了一套千兆光纤星形网用来满足各系统之间的通讯。中央安全联锁系统根据故障风险等级和预先设 定的故障处理机制,协调各子系统进行联锁保护动作。WINCC 监控画面显示各子系统的运行状态和故障信息。 采用 EPICS CA 协议和 S7nodave 驱动实现了软 IOC 读取 PLC 变量,并结合 C#编程实现了对主机大厅门禁访问系 统的控制,保障了人员和设备的安全。该套中央安全联锁系统已经投入使用,平均扫描周期 1~3ms,满足 HL-2M 装置初始等离子体放电的安全联锁保护需求。     

HL-2M 装置真空系统调试运行

在装置初步建成阶段,有序地开展真空系统的调试内容梳理,制定合理的调试步骤和调试方案,有 利于装置各系统的功能确认和故障排除,高效地开展各系统协同运行,为 HL-2M 装置初始等离子体放电提供装 置辅助系统层面的放电条件准备。装置真空系统主要涉及超高真空抽气系统、器壁处理系统和送气加料系统等。 基于制定的联调目标,针对 HL-2M 装置真空相关系统开展了界面关系梳理、子系统调试方案制定、系统工程联 调步骤和方案的拟定等工作,通过联调完成了装置在真空获得、壁处理、加料等方面的条件准备,为初始放电提 供了基本保障。      

HL-2M 装置磁测量系统设计及初始放电实验结果

介绍了 HL-2M 装置上满足等离子体放电的磁测量系统的物理设计,主要包括磁探针、磁通环以及 电流测量系统的设计。通过 HL-2M 装置典型的放电位形参数对磁探针的极向布局、有效面积,磁通环的极向布 局以及测量等离子体电流的罗氏圈互感值进行了初步设计。目前,HL-2M 装置已经完成初始等离子体放电。各个 子系统均能达到其测量目标。      

HL-2M 装置初始等离子体放电磁场电源实时控制系统设计

为满足 HL-2M 装置初始等离子体放电参数的需求,根据磁场电源的主回路拓扑结构设计了一套实 时控制系统。系统硬件架构基于 NI PXI 与 CompactRIO 控制器,采用基于共享内存网络的千兆光纤网络传输数据, 并在本地将中控传输的控制数据处理为对应的触发脉冲,具备很强的实时性与准确性。经过首次等离子体放电实 验的验证,磁场电源实时控制系统可完全满足首次等离子体放电的需求。     

HL-2M 装置支撑结构工程设计

HL-2M 装置的支撑结构系统,该系统由装置基础及重力支撑结构、极向场线圈及真空室支撑结构 和环向场线圈防倾覆支撑结构等三部分组成。本文介绍了 HL-2M 装置支撑结构工程设计情况。      

HL-2M 初始等离子体第一壁安装研究

HL-2M 初始等离子体第一壁主要由 2mm 厚度的护板及下部支撑构成，与 HL-2M 限制器 共同构成 HL-2M 真空室内壁保护层。针对第一壁的结构设计及总体的安装规范，提出了第一壁整体的安装工艺 方案，采用螺柱焊、氩弧焊对第一壁的支撑进行固定，采用可利用螺柱调节部件定位精度的辅助工装，并全程利 用激光跟踪仪进行安装精度的实时调节。最终，完成了 HL-2M 初始等离子体第一壁总体安装，部件安装精度达 到±2mm、焊缝质量满足一级焊缝要求、结构能承受 3675N 以上拉力。在 HL-2M 初始等离子体放电过程中第一 壁运行良好。      

HL-2M 主机抗扭转支撑结构计算分析

根据通电的环向场(TF)线圈在磁场作用下将产生侧向力和径向力,提出了抗扭转支撑结构方案。该方案能够降低这两种力对 TF 线圈的影响,并且保证线圈连接面的紧密接触和绝缘层不会发生相对错动。对抗扭转支撑结构进行计算分析,确定该结构的受力方式以及传力路径。结果表明,在实验运行以及极端工况下结构的应力、位移能够到达设计要求,通过疲劳计算得出抗扭转支撑结构能满足 20 年以上的实验运行,能够保证 HL-2M装置安全、平稳和可靠的运行。      

HL-2M 实验网络与数据管理系统的设计与实现

HL-2M 网络与数据管理包含了实验网络系统、数据存储与备份系统,以及实验数据库与实验信息管 理系统等。实验网络系统是装置运行的支持骨架,为各子系统提供互联通道和信号传输能力;数据存储与备份系 统为托卡马克实验提供数据的存储管理与容灾备份服务;实验数据库系统为元数据与科学数据提供了高效的检 索、访问与管理;实验信息管理系统为装置各子系统提供了参数配置管理、运行日志记录与运行值守管理,实现 了实验运行管理信息化,提高了实验运行效率。