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.     

45T混合磁体外超导磁体失超保护系统设计

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.     

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。     

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。     

EAST失超检测数值模拟仿真系统设计

EAST作为第一个纵场和极向场磁体都是全超导的装置,如果其超导磁体失超,其储存在磁体内的巨大能量将会转变成热能并造成磁体损坏,因此,可靠的失超检测是装置稳态运行的关键.EAST失超检测主要采用同绕线和二次补偿相结合的失超检测方法,整个失超检测系统分为六个分系统.为了确保整个失超检测系统工作正常,必须提前检查各分系统工作性能.数值模拟仿真系统就是通过实际实验数据与数值模型作为输出信号对各分系统进行性能测试.本文主要介绍了本系统的设计方案和相关结构,并给出相关实验结果分析.     

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.     

超导磁体的短路环保护

本文讨论了高电流密度的大型超导磁体在失超保护上遇到的困难和短路环保护技术的物理原理,我们在多芯NbTi复合线绕制的小型磁体上,采用高纯铝作为短路环保护,实验观测到,在磁体未失超而关断供电电流的情况,能量基本上转移至短路环内;磁体电流较大时,磁体电流衰减的速率较大。在通过加热器人为触发失超的情况下,一部分磁体电流转移到短路环内;初始电流较大时,转移率较大,因此,将降低超导磁体失超后的温升。实验又观察到,当有短路环时,失超感应电压下降。     

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。     

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。     

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。     

制冷机冷却的超导磁体在励磁时的稳定性分析

制冷机冷却的超导磁体是超导磁体技术的发展方向.在磁体励磁时,可能会因为交流损耗和稳恒漏热的共同作用而导致磁体温度上升到电流分流温度,进一步导致失超.因而励磁时的制冷机冷却的超导磁体的稳定性尤为重要.基于磁体内的漏热分析和励磁时交流损耗的计算,数值模拟了励磁时磁体的温度分布,研究了在制冷机冷却方式下超导磁体的稳定方面的问题.     

高磁场大分离间隙的高温和低温超导磁体失超特性分析

本文使用失超分析软件Opera3D对低温和高温超导磁体进行失超分析.这个超导磁体具有两个相互垂直的室温孔,磁体的中心磁场为8～10T.为了合理保护超导磁体,通过变换加热器不同的加热功率密度和加热时间,改变保护电路参数等设置,分析各不同方案计算结果的区别,总结规律,为满足工程需求提出更优的失超保护方案.     

EAST装置中心螺管线圈实验压力后备失超保护系统的研究与实现

EAST托卡马克装置是一个全超导的大型核聚变实验研究装置,实验过程中,对超导磁体的失超保护是一项非常重要的内容.本文介绍了EAST装置极向场中心螺管线圈测试实验中,作为传统电压检测法超导磁体失超保护系统的补充,提出并建立的一种有效的后备失超保护方案:压力后备失超保护法.经过实验验证,该保护系统可以有效地对超导磁体进行失超保护.     

密绕超导磁体失超动态过程的实验研究

本文提出了一种超导磁体失超动态过程的实验研究与分析方法.即从实验失超时磁体电流与端电压的变化及桥保护的电压信号出发,计算磁体电阻、电压、电流作用积分和能量损耗W随时间的变化,利用材料性能的有关数据,粗略近似地求得导体平均温度(?).“热点”温度Tmax及常导区域增长速度ν随时间的变化.我们选择了十个充蜡密绕超导磁体进行了实验,研究了失超过程中磁体电阻、电流作用积分与导体平均能耗间的关系;初始电流密度、磁体参数、充填及其他因素对常导区增长速度的影响.     

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。     

绝热超导磁体失超过渡过程的数值模拟研究

失超是超导磁体运行的重要现象失超过程所释放出的磁体能量将使磁体局部温度迅 速升高,过高的温度会使磁体烧毁．磁体失超后的安全性分析需要解出失超的过渡过程,包 括磁体的电流衰减、温度变化及电压变化,从而估计出磁体在失超过程中的热冲击和电压冲 击,由此对满足磁场强度和磁场均匀度的磁体设计进行评价,为磁体的结构设计、工艺设计 提供依据．本文对绝热超导磁体的失超过程中各相关物理量之间的关系进行了分析,编制了 相应的失超过程计算机模拟程序,指出了不同失超起始点求解的处理方法,给出了实例的模 拟计算结果．在分析中,…     

超导导体测试平台背场磁体降温实验研究

在成功建成世界首个全超导托卡马克装置EAST及加入ITER项目的基础上,我国正在进行聚变工程实验堆CFETR的设计工作。超导磁体作为CFETR主机系统重要的组成部分,其研制过程需要大电流、强磁场超导导体测试装置。文中详细介绍了超导导体测试平台的背场磁体系统,设计并研制了2kA二元高温超导电流引线、超导磁体失超探测及保护系统、低温系统,并开展了磁体降温及通电实验。     

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。     

绝热超导磁体瞬态稳定模型及其数值解法

本文对绝热稳定超导磁体的瞬态稳定性问题进行较合理的物理抽象,得到简化的三维模型,并用数值方法直接求解、计算磁体临界能和特定扰动下的失超电流,结果与实验值符合较好.文章还结合数值解讨论了临界能与初始扰动及磁体各物性参量的关系.     

高温超导线圈在大电流下稳定性的数值仿真

在电力应用中,超导磁体可能会因为线圈工作于过流状态而失超,也可能会因为交流损耗而导致失超.为此,我们模拟了一个磁体在大电流过载下的稳定性情况.我们使用了一个建立在热传导方程和麦克斯韦方程基础上的差分数值计算方法来得出磁体内部的温度分布.我们对各种不同的电流冲击情况进行了考察,我们的模型可以使磁体设计者在实际制作之前能够估计一个比较安全的操作电流水平,有着广泛的实用价值.