兆瓦级NBI加热系统弧流电源故障诊断方法探究
发布时间：2021-03-29 19:55
针对中国环流器2号A（HL-2A）装置弧流电源的特点,以及弧流电源故障诊断的条件与现状,提出了结合中性束注入（NBI）控制系统的相关功能模块与基于Matlab/Simulink仿真技术构建的故障字典,以实现弧流电源运行状态的在线监测及其故障模式的诊断。NBI控制系统在监测到弧流电源故障状态后,调用存储的弧流电源输出信号进行分析,提取信号的特征值,然后通过查找弧流电源故障字典以诊断出可能的故障模式。结合实验数据论证了该故障诊断法对弧流电源简单故障定位准确,对复杂故障能缩小定位范围,具有原理简单、可操作性强等优点。
【文章来源】：核聚变与等离子体物理. 2020,40(02)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【图文】：
弧流电源结构框图
弧流电源的负载是非线性等离子体，其易受灯丝电流、工作气体压强、外磁场等因素的影响，目前无法对其进行等效建模替换，实验人员在进行弧流电源调试与故障分析时，为了规避等离子体负载带来的不确定性，一般使用线绕电阻作为假负载，仿真模型中采用0.2?电阻负载。由于假负载实验无束流引出，所以仿真电路没有电源高位部分的打坑电路及其控制回路。图4 弧流电源仿真模型可靠性验证输出波形
图形化编程软件Lab VIEW不仅界面友好，操作简便，而且内嵌大量功能强大的数据分析函数，比如快速傅里叶变换(FFT)、小波变换、IIR型巴特沃斯数字滤波器等，这大大降低了实验数据分析软件开发的难度。系统软件开发采用LabVIEW，硬件上无缝集成美国国家仪器(NI)公司的多功能机箱或板卡已成为大型机电设备状态监测与数据存储分析系统的主流架构之一[12～15]。图2中a模块即“监控界面”模块与图2中b模块即“电源位状态”模块实现了弧流电源状态的在线监测，状态显示分为高位、低位两部分，当指示灯变红色，表示电源处于故障状态。“监控界面”中弧流电源的故障状态信号是直接通过数字光纤，经光电转换后连接NI公司的PXIe-1071机箱，在上位机进行实时显示的同时供PXIe-7821R FPGA板卡调用，进行逻辑或运算，然后群发保护信号给各电源，强制各电源迅速关断，实现各电源的快速联锁保护。而弧流电源高低位部分“电源位状态”信号是各自分配了2个字节16位状态字，其中每一位代表一种异常/报警状态，逻辑0表示“正常”，逻辑1为“异常”，图中弧流低位第1、12位状态字处于逻辑“1”即相应的指示灯变红，这代表电源处于“直流过压”“交流过流”的异常状态，电源位状态字信号通过Modbus协议，经光网串行通讯实现上位机显示。当监测到弧流电源处于故障态时，实验运行人员通过聚变所DATAPROC软件调用服务器中弧流电源的采集数据供图2中c模块即“数据显示与分析”模块使用，该模块不仅能显示采集数据波形，而且能实现信号的频谱分析、谐波失真分析以及数字滤波等功能，这些功能能突出信号的局部特征，是区分信号故障模式的有利工具，并可以根据需要增加更多的功能，体现出“软件即是仪器”的优势。设备故障诊断的主要工作包括设备运行状态的监测与故障模式的隔离，本课题运用虚拟仪器技术实现了弧流电源的故障状态的实时在线监测，为事后故障信号分析提供了一种途径。4 弧流电源仿真模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Matlab的变频器开路故障诊断方法[J]. 张琳,刘宇亮,朱军伟. 测试技术学报. 2018(01)
[2]基于LabVIEW与Multisim的火控系统半实物联合仿真方法[J]. 齐晓冰,朱斌,李佳亮. 计算机测量与控制. 2017(10)
[3]基于LabVIEW的CSRm电源输出监测系统[J]. 任蔷,张玮,安石,刘小军,常建军,刘军科. 强激光与粒子束. 2016(04)
[4]电路仿真与故障诊断技术研究[J]. 雒宝鹏,魏清新,杨波. 计算机测量与控制. 2012(10)
[5]基于解析模型的非线性系统故障诊断方法综述[J]. 贾庆贤,张迎春,管宇,陈雪芹. 信息与控制. 2012(03)
[6]基于PSM技术的70kV/90A高压脉冲电源的研制[J]. 徐伟东,陈文光,宣伟民,姚列英,王英翘. 电工技术学报. 2011(12)
[7]中性束注入强流离子源放电电源及其时序控制[J]. 陈文光,饶军,李波,雷光玖,王明伟,HL-2A NBI组. 高电压技术. 2011(06)
[8]HL-2A MW级中性束注入系统弧流电源设计[J]. 陈文光,饶军,李波,雷光玖,康自华,王明伟,冯鲲. 原子能科学技术. 2011(03)
[9]基于数据驱动的故障诊断方法综述[J]. 李晗,萧德云. 控制与决策. 2011(01)
[10]中性束注入器抑制极电源技术研究[J]. 肖秀栋,陈文光. 核电子学与探测技术. 2010(04)
本文编号：3108102
【文章来源】：核聚变与等离子体物理. 2020,40(02)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【图文】：
弧流电源结构框图
弧流电源的负载是非线性等离子体，其易受灯丝电流、工作气体压强、外磁场等因素的影响，目前无法对其进行等效建模替换，实验人员在进行弧流电源调试与故障分析时，为了规避等离子体负载带来的不确定性，一般使用线绕电阻作为假负载，仿真模型中采用0.2?电阻负载。由于假负载实验无束流引出，所以仿真电路没有电源高位部分的打坑电路及其控制回路。图4 弧流电源仿真模型可靠性验证输出波形
图形化编程软件Lab VIEW不仅界面友好，操作简便，而且内嵌大量功能强大的数据分析函数，比如快速傅里叶变换(FFT)、小波变换、IIR型巴特沃斯数字滤波器等，这大大降低了实验数据分析软件开发的难度。系统软件开发采用LabVIEW，硬件上无缝集成美国国家仪器(NI)公司的多功能机箱或板卡已成为大型机电设备状态监测与数据存储分析系统的主流架构之一[12～15]。图2中a模块即“监控界面”模块与图2中b模块即“电源位状态”模块实现了弧流电源状态的在线监测，状态显示分为高位、低位两部分，当指示灯变红色，表示电源处于故障状态。“监控界面”中弧流电源的故障状态信号是直接通过数字光纤，经光电转换后连接NI公司的PXIe-1071机箱，在上位机进行实时显示的同时供PXIe-7821R FPGA板卡调用，进行逻辑或运算，然后群发保护信号给各电源，强制各电源迅速关断，实现各电源的快速联锁保护。而弧流电源高低位部分“电源位状态”信号是各自分配了2个字节16位状态字，其中每一位代表一种异常/报警状态，逻辑0表示“正常”，逻辑1为“异常”，图中弧流低位第1、12位状态字处于逻辑“1”即相应的指示灯变红，这代表电源处于“直流过压”“交流过流”的异常状态，电源位状态字信号通过Modbus协议，经光网串行通讯实现上位机显示。当监测到弧流电源处于故障态时，实验运行人员通过聚变所DATAPROC软件调用服务器中弧流电源的采集数据供图2中c模块即“数据显示与分析”模块使用，该模块不仅能显示采集数据波形，而且能实现信号的频谱分析、谐波失真分析以及数字滤波等功能，这些功能能突出信号的局部特征，是区分信号故障模式的有利工具，并可以根据需要增加更多的功能，体现出“软件即是仪器”的优势。设备故障诊断的主要工作包括设备运行状态的监测与故障模式的隔离，本课题运用虚拟仪器技术实现了弧流电源的故障状态的实时在线监测，为事后故障信号分析提供了一种途径。4 弧流电源仿真模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Matlab的变频器开路故障诊断方法[J]. 张琳,刘宇亮,朱军伟. 测试技术学报. 2018(01)
[2]基于LabVIEW与Multisim的火控系统半实物联合仿真方法[J]. 齐晓冰,朱斌,李佳亮. 计算机测量与控制. 2017(10)
[3]基于LabVIEW的CSRm电源输出监测系统[J]. 任蔷,张玮,安石,刘小军,常建军,刘军科. 强激光与粒子束. 2016(04)
[4]电路仿真与故障诊断技术研究[J]. 雒宝鹏,魏清新,杨波. 计算机测量与控制. 2012(10)
[5]基于解析模型的非线性系统故障诊断方法综述[J]. 贾庆贤,张迎春,管宇,陈雪芹. 信息与控制. 2012(03)
[6]基于PSM技术的70kV/90A高压脉冲电源的研制[J]. 徐伟东,陈文光,宣伟民,姚列英,王英翘. 电工技术学报. 2011(12)
[7]中性束注入强流离子源放电电源及其时序控制[J]. 陈文光,饶军,李波,雷光玖,王明伟,HL-2A NBI组. 高电压技术. 2011(06)
[8]HL-2A MW级中性束注入系统弧流电源设计[J]. 陈文光,饶军,李波,雷光玖,康自华,王明伟,冯鲲. 原子能科学技术. 2011(03)
[9]基于数据驱动的故障诊断方法综述[J]. 李晗,萧德云. 控制与决策. 2011(01)
[10]中性束注入器抑制极电源技术研究[J]. 肖秀栋,陈文光. 核电子学与探测技术. 2010(04)
本文编号：3108102
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3108102.html
