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。     

等离子体破裂时HL-2M真空室的结构应力分析

利用ANSYS有限元程序分析计算了等离子体线性大破裂时HL-2M真空室上的感应电流及电磁力,并对真空室进行了结构应力分析。结果表明,真空室上主要产生环向感应电流和径向电磁力,且主要集中在真空室壳体的柱状段;在破裂产生的电磁力及其他机械载荷的作用下,真空室的结构设计能较好地满足强度和刚度要求。     

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 装置限制器系统设计及工艺研究

HL-2M 装置设计有 8 套固定极向限制器和 1 套活动极向限制器,其主要功能是进一步加强保护真空 室及其内部件,同时活动限制器还将提供不同孔栏位形用于等离子体物理实验。根据 HL-2M 装置总体运行需求, 活动限制器结构设计可移动有效距离为 120mm,活动限制器移动精度可控制在±0.1mm 以内。基于激光跟踪仪测 量方法对 HL-2M 装置限制器系统完成了高精度的安装,限制器的面向等离子体关键位置安装精度优于±0.5mm, 通过初始等离子体放电实验表明其运行状态均正常。      

HL-1和HL-1M装置等离子体可见光谱实验

总结HL-1和HL-IM装置等离子体的可见光谱实验，给出了各种放电条件下等离子体参数的可见光谱测量结果，讨论了杂质减少、加料、约束改善、等离子体旋转及边缘辐射特性等可见光谱实验结果，展望了HL2A装置上要开展的可见光谱研究内容。     

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介绍了HL-2M装置控制系统的静态架构、动态行为、控制理论以及模拟仿真。设计采用通讯网络将各控制子系统有机地连接起来,以实现各子系统的实时通讯和控制。等离子体放电控制系统将保证实验的各种参数达到预定要求,监控系统的故障处理机制可以减少各种实验异常对装置造成破坏,磁场控制系统的各种控制器则用来控制等离子体电流和位形,模拟仿真系统可以实现方便地验证控制器的目的。     

HL-2M 装置运行控制技术初步研究

重点介绍了 HL-2M 装置的运行技术和初步的等离子体控制实验结果,包括等离子体放电方案设计、 线圈电流控制、击穿阶段零场匹配和等离子体电流以及位移的控制。为了降低放电运行风险,HL-2M 装置初始放 电采用了简化的放电方案,通过整定 PID 参数实现了线圈电流控制,在击穿阶段获得了 10V 以上的环电压和较大 范围的零场区域,成功实现等离子体击穿。最后,投入了等离子体电流和水平位移反馈控制算法,成功将等离子 体放电脉宽提升至 200ms 以上,且维持 I_p≥100kA 的时间超过了 100ms,上述结果表明 HL-2M 装置运行控制技术 得到了初步的检验。      

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。      

HL-2M 支撑系统制造工艺研究

在 HL-2M 装置支撑组件的研制中,采用了特制控氮不锈钢、结合 GMS310 焊丝和 Ar(96%)+N2(4%) 保护气体的焊接工艺以及低速和大进给量的机加方式把磁导率控制在≤1.03 的设计范围内。为保障 HL-2M 装置装 配时线圈系统的精确定位和安装,在研制阶段对极向场线圈支撑子系统进行了预装。     

HL-2M 装置初始放电可见光辐射测量系统

HL-2M 装置初始放电实验期间采用了一套 8 通道可见光辐射测量系统,4 个通道用于测量 Hα辐射, 其余分别测量 HeⅡ线、CⅢ线、OⅤ线和轫致辐射。该系统采用新型的雪崩放大二极管(APD)模块和光电倍增管 (PMT)模块作为光探测器,这些新型的探测器由于集成度高、供电方式简单而使得整个系统的后端具有体积小、 操作简单及可靠性强等优点。在 HL-2M 装置初始放电期间,该系统为控制运行人员提供了基本的等离子体信息。     

HL-2M 低杂波电流驱动系统研制

HL-2M 装置的 LHCD 系统已经完成了包括 2MW 波源、2MW 传输线和 4MW 天线的工程研制,该 系统参数指标为 3.7GHz/2MW/3s,使用 4 只 TH2103C1 型速调管。建成了 4 条 500kW 功率容量的传输线,研制 了 1 套 4MW 功率容量的低杂波天线,并完成了与系统配套的电源、微波源、传输部件、控保系统以及水冷、真 空、测量采集等辅助系统的研制。     

HL-2M 装置磁场电源逻辑保护系统

为了保障 HL-2M 装置磁场电源的供电安全,其逻辑保护系统设计了 4 级保护机制,分别在主机线 圈、电源变流器、整流变压器、交流开关柜设置保护检测器件,按保护等级确定逻辑保护策略。通过 HL-2M 装 置放电实验,验证了逻辑保护系统的可行性和稳定性。     

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。