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。     

2MJ超导储能磁体失超保护的研究

本文介绍了一种用于2 MJ超导储能磁体的失超保护系统.该失超保护系统采用数字失超检测方法,依托高性能的数字采集卡NI-6224,能快速可靠地检测到磁体失超;采用卸能电阻可变的失超卸能同路极大地提高了移能效率,减少了冷却介质的挥发.     

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.     

FAIR超导二极磁体实验失超保护系统设计与分析

阐述了超导磁体线圈实验过程中采用的平衡桥路电压失超检测及保护方案,对超导磁体电压失超检测电路进行了分析,提出了平衡桥路失超电压检测法选取原则。     

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。     

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。     

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。     

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.     

FAIR项目Super-FRS超导二极磁铁测试线圈的三维失超数值模拟

国际反质子与离子研究装置(FAIR)项目中的Super-FRS超导二极磁铁是一个大型温铁结构的超导磁体,由中国负责设计、研制和测试。为了研究超导线圈的性能和其设计的可靠性,前期研制了一个测试线圈。建立了一个基于ANSYS和OPERA 3D的三维失超模型,不仅将模拟结果和实验数据进行对比,更可以获得失超过程的更多细节。模型将环氧浸渍的超导线圈简化为各项异性连续介质。将ANSYS求解器用于瞬态传热过程的分析,OPERA 3D用于磁场计算,并采用ANSYS脚本语言（APDL）进行焦耳热的计算和保护电路方程的求解。模拟得到了温度、电压、电流随时间的变化曲线和失超传播过程。最后将模拟结果和测试线圈的测试结果进行了比较。     

FAIR项目Super-FRS超导二极磁铁测试线圈的三维失超数值模拟

国际反质子与离子研究装置(FAIR)项目中的Super-FRS超导二极磁铁是一个大型温铁结构的超导磁体,由中国负责设计、研制和测试。为了研究超导线圈的性能和其设计的可靠性,前期研制了一个测试线圈。建立了一个基于ANSYS和OPERA 3D的三维失超模型,不仅将模拟结果和实验数据进行对比,更可以获得失超过程的更多细节。模型将环氧浸渍的超导线圈简化为各项异性连续介质。将ANSYS求解器用于瞬态传热过程的分析,OPERA 3D用于磁场计算,并采用ANSYS脚本语言（APDL）进行焦耳热的计算和保护电路方程的求解。模拟得到了温度、电压、电流随时间的变化曲线和失超传播过程。最后将模拟结果和测试线圈的测试结果进行了比较。     

中国科学院近代物理研究所磁体工程进展概述(英文)

本文着重论述了中国科学院近代物理研究所目前正在研制的三大磁体工程,它们包括重离子治癌工程(HIMM),强流重离子加速器(HIAF)工程,以及加速器驱动次临界系统(ADS)。在HIMM工程中的常规磁体建设中,着重介绍了联合运用钝化槽与活极头两项技术改善磁场品质的设计方法,并且运用Opera-3D设计软件,对该类高场常规磁体进行了数值分析,进一步地测量了该磁体磁场分布情况,相关的测量结果与数值模拟结果吻合良好。而对于正在处于预研阶段的HIAF工程中的快脉冲超导二极磁体,讨论了超导磁体的前期设计与结构优化技术,包括CACC超导线缆的结构设计,80 K冷屏与线圈盒结构的优化,力-磁耦合结构计算方法等。而在嬗变核废料处理的C-ADS注入器II中,核心部件是具有高磁场(高达7～8 T)的多层复合超导螺线管磁体结构,介绍了其在励磁和失超过程中相关磁学和力学多场实验测试工作。这些相关的设计和测量技术将为中国科学院近代物理研究所自主研制的磁体工程的物理和结构设计提供方法和指导。     

超导斜螺线管型二极磁体失超保护研究

超导磁体一旦失超,短时间的能量释放将使磁体产生很大的内电压和局部温升,如果冲击过大,可能损坏磁体,因此超导磁体的失超传播过程模拟具有重要的意义。超导斜螺线管型二极磁体因其显著优点,在小型加速器和离子束治癌装置上有很好的应用前景,近代物理研究所强流重离子加速器(HIAF)也拟采用该型结构作备选方案,但是由于其特殊的线圈形式,传统的失超模拟方法不再适用。本文采用逻辑坐标与失超传播速度结合的方法模拟了一小型实验磁体的失超传播过程,得到该型磁体失超后电流、电压、温度等相关物理量的变化情况,并比较分析了该类型磁体的失超特点。     

串联超导单元失超特性改善方法的仿真研究(英文)

为承受高电压与高电流等级,电阻型超导限流器的各个无感超导单元间不可避免地要进行串并联,由此会带来单元间失超不同步的问题.本文以单根344S超导带材在100ms的故障时间内,带材温度由92K升至300K时,失超电阻随温度的变化为基础,对两者间的关系进行了拟合.之后,以拟合函数为核心,利用Simulink的库中元件构建了单位长度344S带材的失超电阻模型并将其封装为模块.最后,搭建仿真电路模拟了故障时间内两个串联失超模块不同步失超的过程,仿真了分流电阻对失超不同步的改善并对分流电阻的选取进行了优化分析.结论证实,较小阻值的分流电阻更有利于改善失超特性.     

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。     

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。     

基于FPGA的Super-FRS超导二极磁铁样机失超探测系统

介绍了FAIR项目Super-FRS超导二极磁铁样机的基于FPGA的失超探测系统。该失超探测系统采用平衡桥路法, 并通过两组独立桥路以消除失超探测死区。 通过NI PXI 7830R FPGA模块实现平滑滤波和失超判断算法,并给出失超触发信号。失超数据采集模块采用预采样技术, 将失超前后一段时间内的数据采集下来,以便进行后续分析。 通过测试,失超探测模块准确检测到了失超的发生, 并触发失超保护电路和失超数据采集模块工作,有效地保护了超导二极磁铁。 : The quench detection system for Super FRS super ferric dipole prototype magnet of FAIR has been designed and built. The balance bridge was used to detect quench signal. In order to avoid blind zone of quench detection, two independent bridges were used. NI PXI 7830R FPGA was used to implement filter to quench signal and algorithm of quench decision and to produce quench trigger signal. Pre sample technique was used in quench data acquisition. The data before and after quench could be recorded for analysis later. The test result indicated that the quench of the dipole’s superconducting coil could be reliably detected by the quench detection module.     

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.     

基于事故树方法的制冷机冷却超导磁体失超分析

制冷机冷却的超导磁体具有结构紧凑、运行方便和安全性好等优点,但是超导磁体失超是绝对的,完全避免失超的发生是不可能的。采用事故树分析法对超导磁体失超进行分析。建立以"超导磁体失超"作为顶上事件。从超导磁体"整理力学不稳定"、"低温环境不稳定"、"失超安全保护不当"和"人为因素"四个方面为中间事件进行分析找出相应的基本事件。通过定性定量分析找出引起失超的原因,依据优先解决主要矛盾为原则提出科学合理有效的安全对策、措施、建议。