失超保护系统直流真空断路器开断换流分析

磁约束聚变装置的失超保护系统利用直流断路器快速切断超导磁体回路的电流,实现磁体能量的转移与释放,以保障磁体安全。随着超导磁体运行电流等级的不断提升,直流断路器的设计面临着巨大挑战。本文针对10 kV/100 kA的大容量失超保护系统设计,提出使用直流真空断路器作为开断电流的主保护开关,并详细分析了其开断换流过程。首先介绍了失超保护系统的拓扑结构和工作原理;然后具体分析了真空断路器在开断及换流阶段的数学方程,并依据开断可靠性理论,分别对换流回路、泄能回路与缓冲回路进行了计算和参数设计;最后开展了100 kA直流电流开断实验。研究结果表明,失超保护系统中使用真空断路器开断100 kA磁体电流具有理论和工程可行性,并通过实验验证了所设计的真空断路器样机能够有效开断100 kA电流,换流过程符合预期判断。本文的研究工作为大功率失超保护系统中的直流断路器设计提供了技术支撑。     

CFETR失超保护系统总体设计研究

  目的  中国聚变工程实验堆（CFETR）失超保护系统转移并消耗失超状态下超导磁体中储存的巨大能量,使其免受损坏。为了满足CFETR失超保护系统的设计需求,文章进行了系统总体设计。  方法  介绍了失超保护系统的基本原理和动作逻辑,分别描述了纵场线圈（TF）失超保护单元以及极向场/中心螺管线圈（PF/CS）失超保护单元的系统设计参数。  结果  对当前所设计的两种不同方案进行分析,主要介绍了失超保护开关的拓扑结构、开关动作逻辑以及其他部件的设计需求。  结论  对于系统总体设计方案,由于成本低、占地少、技术相对成熟且可行性高,电流人工过零关断的机械式直流开关作为首选方案。考虑到良好的发展前景,机械开关和固态开关相结合的混合直流开关作为备选方案。