大型超导磁体失超保护系统GJ级移能电阻的设计与研制

发布时间：2021-04-28 01:16

　　聚变堆主机关键系统综合研究设施（Comprehensive Research Facility for Fusion Technology,CRAFT）是我国重大科学工程,建成后将成为目前国际磁约束聚变研究领域中参数最高、功能最完备的综合性研究平台,大功率移能电阻是其失超保护系统的关键设备之一。本文根据CRAFT大型超导测试平台中最大2 H电感值,90 kA额定电流及10 kV额定电压的大型超导磁体参数,完成了失超保护系统GJ级移能电阻的设计、分析和研制。对比目前世界上其它大型超导聚变装置失超保护系统中移能电阻,研制的移能电阻具有最高储能密度、最低单位杂散电感,同时具有承载能量高、散热性能强和模块化组合结构等特点。本文的主要工作内容和创新性如下:基于电、磁、热等多要素的综合研究,应用叠层式多模块结构设计思路,提出了具有90 kA/10 kV电气参数及300℃高温抵抗力的移能电阻模块矩阵式结构。应用反向叠层式电阻片的磁场互感优化方法,结合高能量密度下散热优化方法和复杂结构下空间磁场抵消方法,研究大电流变化率下的趋肤效应抑制,并利用复杂磁场中移能电阻互感耦合作用,在保证移能电阻高能量密度基... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：168 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 可控磁约束核聚变
    1.2 国内外相关聚变装置及CRAFT大型超导测试平台
        1.2.1 国内外相关聚变装置
        1.2.2 CRAFT大型超导测试平台
    1.3 CRAFT大型超导测试平台失超保护
    1.4 相关聚变装置及大型超导测试平台移能电阻
        1.4.1 相关聚变装置移能电阻
        1.4.2 CRAFT大型超导测试平台移能电阻
    1.5 课题研究难点与意义
    1.6 研究内容与章节安排
第2章 移能电阻总体方案设计及动稳定性分析
    2.1 移能电阻初步设计理论
        2.1.1 移能电阻模块化分析
        2.1.2 移能电阻材料选型
        2.1.3 移能电阻动稳定性
        2.1.4 移能电阻热分析
        2.1.5 移能电阻杂散电感
        2.1.6 多因素综合考虑
    2.2 移能电阻整体结构分析与设计
        2.2.1 移能电阻初步结构
        2.2.2 动稳定性分析研究
        2.2.3 动稳定性实验验证与分析
    2.3 移能电阻优化结构研究
        2.3.1 结构优化计算与设计
        2.3.2 优化结构动稳定性分析及验证
    2.4 移能电阻优化结构对比
    2.5 本章小结
第3章 移能电阻散热分析与优化
    3.1 移能电阻冷却方法比较
    3.2 移能电阻散热性能研究
        3.2.1 移能电阻散热性能分析
        3.2.2 连接不均流下移能电阻温升
        3.2.3 涡流损耗下温升影响
    3.3 移能电阻散热研究分析与验证
        3.3.1 单移能电阻模块散热性能及验证
        3.3.2 移能电阻缩比堆栈散热性能及验证
        3.3.3 移能电阻等比堆栈散热计算与分析
    3.4 移能电阻优化结构散热研究
        3.4.1 单移能电阻模块散热性能及验证
        3.4.2 移能电阻缩比堆栈散热性能及验证
        3.4.3 等比三移能电阻模块实验验证
        3.4.4 移能电阻整体散热研究
    3.5 优化前后移能电阻降温对比
    3.6 本章小结
第4章 移能电阻杂散电感分析与优化
    4.1 杂散电感对失超保护回路影响
        4.1.1 杂散电感对真空开关影响
        4.1.2 杂散电感对人工过零回路影响
        4.1.3 杂散电感对爆炸开关影响
    4.2 趋肤效应下杂散电感分析
    4.3 单模块杂散电感分析与优化
        4.3.1 单移能电阻模块杂散电感计算
        4.3.2 单模块杂散电感优化
        4.3.3 单模块杂散电感验证
    4.4 移能电阻杂散电感整体分析与优化
        4.4.1 等比系统整体杂散电感计算方法
        4.4.2 缩比堆栈杂散电感计算与实验验证
        4.4.3 整体移能电阻杂散电感
    4.5 移能电阻杂散电感优化
        4.5.1 优化结构移能电阻模块电感计算与实验验证
        4.5.2 三等比电阻模块电感计算与实验验证
        4.5.3 优化结构缩比堆栈电感计算与实验验证
        4.5.4 优化结构的移能电阻杂散电感
    4.6 优化结构前后杂散电感对比分析
    4.7 本章小结
第5章 失超保护主电路拓扑结构分析与回路设计
    5.1 各聚变装置失超保护方案
    5.2 回路换流技术分析与对比
    5.3 失超保护系统设计方案
        5.3.1 失超保护开关各阶段电流转移分析
        5.3.2 失超保护系统总体方案及组成
    5.4 回路电流连接设计与分析
        5.4.1 大功率稳态直流连接排
        5.4.2 非稳态电流连接排
    5.5 失超保护系统整体结构设计及回路参数研究
        5.5.1 失超保护系统整体物理结构
        5.5.2 失超保护回路参数研究
        5.5.3 回路各时序杂散参数与其动作影响
    5.6 本章小节
第6章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果


【参考文献】：
期刊论文
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[3]基于大型超导测试平台的移能电阻系统设计[J]. 王琨,宋执权,仝玮,汪舒生,张秀青,Mahmood U L Hassan.  强激光与粒子束. 2019(03)
[4]EAST全超导托卡马克高约束稳态运行实验研究进展[J]. 万宝年,徐国盛.  中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(04)
[5]CFETR物理与工程研究进展[J]. 高翔,万宝年,宋云涛,李建刚,万元熙.  中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(04)
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[7]可控核聚变科学技术前沿问题和进展[J]. 高翔,万元熙,丁宁,彭先觉.  中国工程科学. 2018(03)
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博士论文
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[3]中国聚变工程试验堆运行方案的模拟与优化研究[D]. 简翔.华中科技大学 2018
[4]考虑电磁动态特性的高温超导储能磁体设计方法研究[D]. 徐颖.华中科技大学 2016
[5]托卡马克集成控制系统若干关键技术研究[D]. 张璟.华中科技大学 2016
[6]ITER极向场变流器高功率大电流电抗器的设计与研制[D]. 李传.华中科技大学 2016
[7]片上多层电感的建模与应用研究[D]. 邹望辉.华中科技大学 2012



本文编号：3164515