EAST装置超导线圈超导保护

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1、EAST装置超导线圈超导保护监控系统为了解决常规托卡马克装置线圈发热而不能长时间运转的问题，人们把最新的超导技术引入到托卡马克装置中，这也许是解决托卡马克稳态运转的有效手段之一.EAST是一台全超导托卡马克装置,将超导技术引入纵向场线圈和极向场线圈。需要解决对超导线圈的超导保护，确保装置的安全运行。EAST超导保护监控系统任务：监测超导信号，当超导线圈由超导态转变为正常态时，能及时准确发出控制信号，以便电流能够快速引出，确保装置安全。同时尽量避免干扰信号造成的控制信号的误触发。系统组成：1：失超信号探测

2、方法的确定，引入监测信号，2：信号前级处理：对监测信号隔离(5000v)和信号前级放大，信号补偿，滤波3：硬件保护系统:将处理后信号送入，当超导线圈转变为正常态，发出控制信号，同时发出声音报警。4：微机控制系统:包括信号监测，波形实时显示，故障报警，各线圈数据保存，分析和查询，网络远程控制.当超导线圈转变为正常态可同时发出控制信号。优点是对信号处理更灵活，参数更易修改，缺点：稳定性不够，可做为硬件保护系统的后备。一：失超信号探测方法的确定（一）：EAST超导线圈失超保护的特点EAST极向场线圈采用CICC

3、导体绕制，以脉冲方式运行以实现等离子体建立和控制,磁场变化速率可达7T/S。等离子体的建立和崩溃将在极向场线圈中产生大的感应电压噪声，di/dt引起的感应电压（最大接近2000v）可比电阻电压大几个量级。小的失超信号与很大的感应电压噪声并存，给失超探测带来了很大困难。迫切需要一种具有高信噪比的失超信号探测方法。（二）：失超信号探测方法1：HT-7电桥平衡法，已不适用，无法去除di/dt引起的感应电压。2：同绕线探测方法:把磁体绕组具有相同尺寸和面积，与电缆内股线具有相同扭距的次级感应回路用来抵消噪声电压，

4、即同绕线探测法。失超探测电压U=（L-K）di/dt+Ir，理论上：当r=0时，失超探测电压U=（L-K）di/dt+Ir=0；但是由于保护预值一般100mv左右，实践中工艺上很难做到同绕线圈上感应的几百到上千伏电压能完全抵消。（最高di/dt达20KA/s）。实践上：当r=0时，失超探测电压U=（L-K）di/dt+Ir≠0；同绕线正常态探测示意图二：关于监测信号的二次补偿第一：单饼线圈实验（大杜瓦）：失超探测电压U=（L-K）di/dt+Ir，由于U=（L-K）di/dt≠0，采用二次补偿，即用中心螺

5、管线圈同绕的四根同绕线其中一根通过分压后抵消U’=M’di/dt=（L-K）di/dt≠0的值失超探测电压U=（L-K）di/dt+Ir+U’，此时：当r=0时：U=（L-K）di/dt+U’=0；当r≠0时：U=（L-K）di/dt+U’+Ir≠0；在大杜瓦实验结果较满意。第二：多个线圈同时通电失超探测电压U=（L11-K)di1/dt+(M12-K)di2/dt+(M13-K)di3/dt+..+(M115-K)di14/dt+Ir中心螺管线圈同绕的四根同绕线其中一根通过分压后抵消U’=K’di1/d

6、t+K’di2/dt+K’di3/dt+..+K’di14/dt理论上：同绕线感应的信号同超导线圈上的感应的信号变化应该完全一致的，但总装后工艺上的差别，各线圈相互间的影响如何还需要在实际通电实验中得到验证。所以会在获取各线圈原始数据后，才能更好的有针对性的解决。三：超导保护前期调试方案1：因为TF线圈是稳态场，励磁速率较低，可以先对TF线圈补偿进行调试(可以先通较小的电流)2：TF电源稳定在一定电流下，先逐步投入中心螺管六饼线圈（电感较小）测试目的（1）：PF1~6分别投入，每组线圈将励磁速率依此提高，

7、最后完成一个完整的实验波形。对每个PF1~6线圈将二次补偿调试到最佳状态（2）同时观察当PF1~PF6分别投入和全部投入对其它线圈干扰（3）PF1~PF6同时投入，测试各个超导探测信号变化3：TF电源稳定在一定电流下，先逐步投入PF11~PF14大线圈测试目的：（1）：PF11~14分别投入，每组线圈将励磁速率依此提高，最后完成一个完整的实验波形。对每个PF11~14线圈将二次补偿调试到最佳状态（2）同时观察当PF11~PF14分别投入和全部投入对其它线圈干扰（3）PF11~PF14同时投入，测试各个超导

8、探测信号变化4：TF电源稳定在一定电流下，先逐步投入PF7+PF9，PF8+PF10大线圈测试目的：（1）：PF7+PF9，PF8+PF10分别投入，每组线圈将励磁速率依此提高，最后完成一个完整的实验波形。对每个PF11~14线圈将二次补偿调试到最佳状态（2）同时观察当PF7+PF9，PF8+PF10分别投入和全部投入对其它线圈干扰（3）PF7+PF9，PF8+PF10同时投入，测试各个超导探测信号变化四：对失超探测电压处理补