论文部分内容阅读
国家大科学工程超导托卡马克聚变实验装置(EAST)已于2006年投入运行,这是世界上第一个投入运行的全超导托卡马克装置。纵场电源是EAST超导托卡马克纵场磁体的励磁电源,纵场电源系统要满足纵场磁体电流的升降及稳流的要求,其良好的反馈控制及保护是电源系统稳定及可靠运行的重要保证,纵场磁体储能接近300MJ,一旦失超没有及时地进行保护,后果将是灾难性的,因此可靠的纵场磁体失超保护措施对于EAST至关重要。
本文就笔者承担的EAST纵场电源的反馈控制系统和失超保护系统的设计、建造和实验运行工作展开论述,全文包括反馈控制系统方案的选择和计算、电源的监控系统和远程控制系统的设计和调试、失超保护系统设计及系统的联调。
考虑到纵场电源是由两组双反星形整流电路并联而成,两组电源的均流是长期工作的保证,使用传递函数建模并进行仿真,分析不同控制器作用下电源的输出特性,考虑到电源的准确度、稳定度和两组电源均流的因素,选择了三环控制器作为纵场电源的反馈控制系统,并应用电路理论推导出均流环控制器参数,在此基础上,详细地讨论了控制器参数的改变对电源的影响,从而设计出满足电源要求的控制器参数;电源的远程控制系统是借助于工控机的串口和多模光纤,通过上位机和下位机的通信来实现,它能实时准确的控制电源的运行和电流的升降。
运用PLC和组态王监控软件建立起电源系统的监控和保护系统,借助于串口和多模光纤,实时地监控电源的各种异常状态,保护了纵场磁体和电源系统。
纵场磁体的失超保护系统的主要任务是在纵场磁体失超的情况下,安全可靠的泄放掉磁体的储能,保证EAST能安全运行。它由主保护和后备保护两部分组成,在满足超导磁体/2t情况下,建立起完善的主保护和后备保护的连锁,它不仅能提高纵场磁体失超保护系统的可靠性,而且减小保护开关不必要的动作次数,具有很高的性价比。
在电源各级子系统调试通过的前提下,进行了电源系统的联调,建立起满足每一个要求的电源系统,并应用可靠性理论验证设计的合理性。长达一个月的成功运行表明,一个符合要求的纵场电源系统已经被建立起来。