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装置环向场线圈的磁场和波纹度计算

本文对HL-2M装置系统改造的磁场形态进行了分析，利用毕奥-萨华尔定律计算了环向场线圈的磁场和波纹度，该波纹度数值对等离子体的放电不会构成影响，对研究边缘物理问题可能会有影响。     

HL-2A装置低杂波高压电源逻辑控制保护系统

HL-2A装置低杂波高压电源的主回路设备是在原有的电源基础上改造重建的，但其逻辑控制保护系统却是新研制的，针对低杂波高压电源其输出电压高的特点，其控制保护系统就显得尤为重要。这套控制保护系统是在PLC基础上，采用SIEMENS STEP7软件编程实现的。     

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 装置供电系统研制

为满足 HL-2M 装置的供电需求,须配套建设相应的供电系统。通过仿真计算 HL-2M 装置的总体供 电需求,考虑到 HL-2A 装置现有的供电系统设备,提出了兼顾 HL-2A 和 HL-2M 装置供电需求的总体配置方案。介绍了国内首台 300MVA 立式交流脉冲发电机组、磁体电源、高压电源和电源控制系统的研制情况。     

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通过采用控制变量法,调整引线外弧段半径、回线内外弧段半径及回线与TFC间隙等参数,使HL-2M装置的TFC馈线系统在等离子体区域产生的最大杂散磁场降为3.69×10?4T,同时初步评估了馈线在一次放电后的绝热温升,为馈线是否需要冷却提供依据。最后在优化馈线位形参数后,对馈线的支撑和连接形式进行了初步的定性分析和讨论。     

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 装置真空室设计

HL-2M 真空室结构为“D”形截面的双层-薄壁-全焊接式-环状结构,内环直径 2m,外环径 5.22m, 高 3.02m,由 20 个扇形段组成而成。真空室上开设有 121 个窗口以满足真空抽气、实验诊断、辅助加热及工程安 装等方面的要求;支撑采用滑动杆式结构;材料选用 Inconel625、Inconel718 与 316L 组合。运用有限元法对真空 室进行了结构强度评估,真空室满足设计要求。     

HL-2M托卡马克装置低温控制系统初步设计

首先介绍HL-2M托卡马克装置低温系统的组成。根据低温系统的特点和控制功能的要求,初步设计了HL-2M托卡马克低温控制系统的硬件结构以及软件应用。基于西门子S7-300/400 PLC(可编程控制器)的DCS(集散控制系统)构成HL-2M托卡马克低温控制系统的主体。同时对整个报警联锁保护系统进行了初步设计,使得系统具有很强的可靠性、准确性和安全性。     

Numerical Simulation of MHD Equilibrium Configuration for HL-2M Tokamak

In this work, the numerical simulation is employed for HL-2A equipment modification project HL-2M. The design of zero field and evolution of plasma configuration in start-up phase and single null divertor equilibrium configurations in steady-state phase has been simulated. Results show that new project can satisfy request of design.     

HL-2M 装置磁测量积分器设计

在核聚变实验中, 积分器是还原微分信号的基本手段,低漂移积分器系统的研制是托卡马克实验中 的重要环节。介绍了用于 HL-2M 装置磁测量的低漂移积分器系统。通过模拟与数字补偿相结合的方法减小漂移, 提高了信号间的测量精度。性能测试显示,积分器输出漂移小于 2mV/15s,积分时间常数精度优于 0.3%。该积分 器应用于 HL-2M 装置实验,满足磁测量系统的测量需要。     

HL-2M 装置电子回旋共振加热高压电源系统的研制

为满足 HL-2M 装置电子回旋共振加热、低杂波电流驱动、中性束注入等二级加热系统的需要,设 计了多套基于脉冲步进技术的大功率高压电源,为速调管、回旋管及中性束、离子源等提供高压。重点针对一套 用于电子回旋系统的高压电源进行了分析。该高压电源设计了多副边绕组的高压隔离变压器、全固态高压调制器 和电源控制系统,并得出了适合本电源控制的控制算法,易于调整高压的输出幅值以及高压的上升下降时间。最 后给出实验结果,以验证电源的保护能力、电源控制算法的可操作性及实用性。试验证明,此套电源不仅满足对 负载的快速保护的要求,其电源工作的稳定度等其它参数也满足设计要求。      

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。     

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装置磁探针研制

介绍了 HL-2M 装置磁探针的研制,包括有效面积和极向布局的设计、骨架加工和探针绕制、有效面积和频率响应的标定以及定位安装。通过提高加工精度、有效面积的标定精度和定位安装精度,保证了磁探针系统的测量精度。目前,已经在 HL-2M 装置上完成了两组极向阵列的安装。     

HL-2M 装置环向场线圈的工程研制与调试

介绍了 HL-2M 装置环向场(TF)线圈的工程设计、关键制造工艺及其调试结果。目前,TF 线圈最大通电电流达到 42kA,对应 TF 线圈产生的磁场为 0.66T,满足 HL-2M 装置初始放电需求。      

HL-2M 装置磁测量传感器的定位安装

通过数值计算评估了 HL-2M 装置磁测量传感器安装精度的要求,其中磁通环坐标(R, Z)的安装偏差 要求达到±2.0mm 以内,磁探针的(R, Z)偏差要求在±1.0mm 以内、角度偏差在±0.1°以内。定位安装采用高精度激 光跟踪仪和关节测量臂结合,设备定位精度在±0.3mm。根据不同种类的磁测量传感器的定位安装特点,优化设 计了包括磁通环、磁探针阵列、逆磁同心圆等的定位结构,将 HL-2M 磁测量传感器的安装精度控制到在±0.5mm 水平。      

HL-2M 等离子体辐射量热计系统的研制

HL-2M 装置辐射量热计系统采用 16 通道光电二极管阵列作为探测器,11 个探测器阵列,共有 176 个探测通道,被设计在同一个小截面内,交叉覆盖上下偏滤器、等离子体边缘和等离子体芯部区域。数值模拟结 果显示,根据这种视线布局能够精确地估算出等离子体的总辐射功率;运用相关层析反演方法能够重建出等离子 体辐射功率密度的分布特征。在 HL-2M 初始等离子体放电中,根据中平面的探测器阵列对等离子体辐射特征进 行了初步的实验分析。