HL-2M装置中心螺线管线圈电源变流器过流保护的仿真研究

利用MATLAB仿真工具，搭建HL-2M中心螺线管(CS)电源系统模型，研究了CS电源变流器过流保护策略。通过仿真研究，为HL-2M CS电源系统中变流器制定了最优的过流保护策略，这为电源安全可靠的运行提供了理论依据。     

HL-2M装置中心螺线管线圈电源变流器过流保护的仿真研究

利用MATLAB仿真工具,搭建HL-2M中心螺线管(CS)电源系统模型,研究了CS电源变流器过流保护策略。通过仿真研究,为HL-2M CS电源系统中变流器制定了最优的过流保护策略,这为电源安全可靠的运行提供了理论依据。     

磁场电源在 HL-2M 装置初始等离子体放电中的应用

磁场电源是 HL-2M 装置初始等离子体放电的重要组成部分,它关系到 HL-2M 装置零场的建立,等 离子体的击穿和维持及位形控制。为实现初始等离子体放电所需的供电电压和电流,对磁场电源从主回路、控制、 测量和保护分别作了相应的调整。在此基础上进行了大量的工程调试,确保了磁场电源的控制和保护等性能达到 初始等离子体放电的需求。在磁场电源运行中,电源控制性能和输出参数的一致性、纹波质量等都有显著提高。 介绍了磁场电源在调试及 HL-2M 装置初始放电中的应用。     

HL-2M 装置供电系统研制

为满足 HL-2M 装置的供电需求,须配套建设相应的供电系统。通过仿真计算 HL-2M 装置的总体供 电需求,考虑到 HL-2A 装置现有的供电系统设备,提出了兼顾 HL-2A 和 HL-2M 装置供电需求的总体配置方案。介绍了国内首台 300MVA 立式交流脉冲发电机组、磁体电源、高压电源和电源控制系统的研制情况。     

欧姆电源整流变压器改造方案及分析计算

根据HL-2A装置电源主回路实施方案，为尽量利用原有设备、节约投资，原HL-1M装置欧姆电源的两台5．6MVA脉冲整流变压器经改造后将作为HL-2A装置多极场E2，E3，E4电源。改造方案及分析计算如下。     

HL-2A装置与HL-2M装置控制处理研究与发展

2006年，围绕HL-2A装置实验控制、数据采集与处理，开展了高性能计算系统建设，基于EFIT代码的HL-2A等离子体位形重建以及若干大型代码的引进移植；实施了水平场电源部分有环流控制；设计制作了新型抗干扰采集器；开展了基于模拟信号脉冲识别的计数研究，在此基础上通过SDD诊断数据计算获得了等离子体电子温度；对HL-2A数据存储系统与实验网进行了全面升级，围绕HL-2M项目，开展了HL-2M位形和极向场线圈设计，HL-2M等离子体控制系统的预研．     

HL-2A装置低杂波高压电源逻辑控制保护系统

HL-2A装置低杂波高压电源的主回路设备是在原有的电源基础上改造重建的，但其逻辑控制保护系统却是新研制的，针对低杂波高压电源其输出电压高的特点，其控制保护系统就显得尤为重要。这套控制保护系统是在PLC基础上，采用SIEMENS STEP7软件编程实现的。     

MW级中性束注入弧电源系统优化

中性束注入弧电源的性能严重影响弧放电的稳定性和中性束加热的效率。HL-2A装置弧电源采用基于晶闸管相控调压和12脉波不控整流的线性电源技术;HL-2M测试束线弧电源采用基于超级电容和IGBT全控整流的开关电源技术。为了优化电源系统性能、改进弧放电稳定性,研究了采样频率对弧放电稳定性的影响。通过对两套电源控制系统进行建模,利用MATLAB仿真了不同采样频率下HL-2M弧流电源控制系统的阶跃响应性能和HL-2A的控制系统性能,分析了采样频率对系统性能的影响。利用离子源测试平台进行不同采样频率下的弧放电实验对仿真结果进行验证,实验结果与仿真结果一致。实验结果验证:采样频率对弧放电稳定性有很大影响,在频率可调范围内,增大采样频率,可以提高控制系统性能,优化弧放电稳定性;HL-2A弧放电不稳定的原因是晶闸管导通特性和滤波电路引起的。     

HL-2A装置欧姆击穿电源改造

HL-2A装置欧姆电源放电设计有两种方式：当装置放电正常、等离子体击穿电压较低时，按电流对称的逻辑无环流方式运行；而在装置刚开始投入运行，放电条件不好、等离子体击穿电压较高时，则采用非对称方式运行，即断开正向整流器组，充电控制欧姆击穿电源电容器组，串联反向整流器组对HL-2A装置欧姆变压器原边线圈放电。     

HL-2A装置低杂波保护系统研制

1995年以来在HL-1M装置上成功地进行了LHCD实验，取得了丰硕的成果。2004年的LHCD实验是在HL-1M装置基础上改进的HL-2A装置上进行的。保护系统的优化是LHCD系统提高与完善的重要内容之一。LHCD微波功率传输系统的波导天线内部拉弧打火探测及其保护系统，微波功率输出系统速调管的管体电流定量测量及其保护系统都是本年度实验的重要项目。     

HL-2M装置磁探针研制

介绍了 HL-2M 装置磁探针的研制,包括有效面积和极向布局的设计、骨架加工和探针绕制、有效面积和频率响应的标定以及定位安装。通过提高加工精度、有效面积的标定精度和定位安装精度,保证了磁探针系统的测量精度。目前,已经在 HL-2M 装置上完成了两组极向阵列的安装。     

HL-2M 装置磁测量系统设计及初始放电实验结果

介绍了 HL-2M 装置上满足等离子体放电的磁测量系统的物理设计,主要包括磁探针、磁通环以及 电流测量系统的设计。通过 HL-2M 装置典型的放电位形参数对磁探针的极向布局、有效面积,磁通环的极向布 局以及测量等离子体电流的罗氏圈互感值进行了初步设计。目前,HL-2M 装置已经完成初始等离子体放电。各个 子系统均能达到其测量目标。      

HL-2M 装置固态亚毫米波干涉系统研制

发展了一套固态亚毫米波外差干涉系统和一种基于全相位快速傅里叶变换(apFFT)的相位处理方法用 于测量 HL-2M 初始等离子体电子密度。该系统采用平面型二极管倍频技术对低频的锁相微波源进行高次倍频以 产生功率大于 0.1MW、频率 306.9GHz 的探测波。基于 apFFT 的相位处理数值算法可以从原始信号中提取相位信 息,缓解由可能的高水平密度扰动导致的相位跳变。系统的固有时间分辨率为 5μs,电子密度测量范围在 10¹⁶~10²⁰m⁻³。在 HL-2M 装置首次实验期间,该系统被安装在中平面上,利用装置内壁反射实现干涉测量,成功 测量了线平均电子密度。      

HL-2M 装置真空烘烤控制系统概述

HL-2M 真空烘烤系统采用两台可编程逻辑控制器(PLC)构成一个自动控制系统,根据工艺要求编制 相应逻辑程序来控制各执行机构,实现对系统加热器电功率、换热器热负荷以及阀门开度的程序调节,达到±2℃ 温升梯度的烘烤目的。PLC 与阀岛建立工业以太网(Profinet)通信协议,通过地址映射的方式控制进出真空室和偏 滤器的开关阀,调整烘烤系统的负载投入。     

HL-2M 装置初始放电安全联锁系统研制

为确保 HL-2M 装置能安全、稳定地进行初始等离子体放电实验,参考国际热核聚变实验堆(ITER) 的安全联锁设计,并结合 HL-2M 装置的实际现状,建立了一套基于可编程逻辑控制器(PLC)慢控制的中央安全联 锁系统。搭建了一套千兆光纤星形网用来满足各系统之间的通讯。中央安全联锁系统根据故障风险等级和预先设 定的故障处理机制,协调各子系统进行联锁保护动作。WINCC 监控画面显示各子系统的运行状态和故障信息。 采用 EPICS CA 协议和 S7nodave 驱动实现了软 IOC 读取 PLC 变量,并结合 C#编程实现了对主机大厅门禁访问系 统的控制,保障了人员和设备的安全。该套中央安全联锁系统已经投入使用,平均扫描周期 1~3ms,满足 HL-2M 装置初始等离子体放电的安全联锁保护需求。     

HL-2M 低杂波电流驱动系统研制

HL-2M 装置的 LHCD 系统已经完成了包括 2MW 波源、2MW 传输线和 4MW 天线的工程研制,该 系统参数指标为 3.7GHz/2MW/3s,使用 4 只 TH2103C1 型速调管。建成了 4 条 500kW 功率容量的传输线,研制 了 1 套 4MW 功率容量的低杂波天线,并完成了与系统配套的电源、微波源、传输部件、控保系统以及水冷、真 空、测量采集等辅助系统的研制。     

HL-2M 真空室制造中的焊接与磁导率控制技术

以 HL-2M 真空室研制实践为基础,介绍了 Inconel625 材料的高气密性焊接工艺措施,该工艺措施 能有效减少焊缝漏点的出现,保证了真空室运行时的极限真空度能稳定达到 10⁻⁶Pa;另外,介绍了 316L 奥氏体 不锈钢在加工过程中的磁导率控制技术,使加工后的零部件相对磁导率保持在 μ<1.04。     

HL-2M 装置初始等离子体放电阶段的直流辉光放电清洗系统研制

基于 HL-2M 托卡马克初始等离子体放电的工程需求,设计并研制了直流辉光放电清洗系统,包括电 极、馈线、电源、控制以及监测等关键部件和辅助子系统。研制完成后开展了系统装配和工程调试,并投入到首 次等离子体放电。实验结果表明,该直流辉光放电系统运行稳定、可靠,且此辉光放电清洗显著降低了真空室本 底杂质浓度,能满足 HL-2M 装置初始等离子体放电的壁条件需求。     

HL-2M 装置初始放电可见光辐射测量系统

HL-2M 装置初始放电实验期间采用了一套 8 通道可见光辐射测量系统,4 个通道用于测量 Hα辐射, 其余分别测量 HeⅡ线、CⅢ线、OⅤ线和轫致辐射。该系统采用新型的雪崩放大二极管(APD)模块和光电倍增管 (PMT)模块作为光探测器,这些新型的探测器由于集成度高、供电方式简单而使得整个系统的后端具有体积小、 操作简单及可靠性强等优点。在 HL-2M 装置初始放电期间,该系统为控制运行人员提供了基本的等离子体信息。