CN114217252B - 一种同绕补偿线圈及有其的失超检测系统 - Google Patents

一种同绕补偿线圈及有其的失超检测系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114217252B
CN114217252B CN202111524910.6A CN202111524910A CN114217252B CN 114217252 B CN114217252 B CN 114217252B CN 202111524910 A CN202111524910 A CN 202111524910A CN 114217252 B CN114217252 B CN 114217252B
Authority
CN
China
Prior art keywords
same
compensation coil
winding
superconducting magnet
winding compensation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111524910.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114217252A (zh
Inventor
王腾
胡燕兰
郑龙贵
肖业政
潘超
倪其才
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Science Island Holdings Co ltd
Original Assignee
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei Institutes of Physical Science of CAS filed Critical Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority to CN202111524910.6A priority Critical patent/CN114217252B/zh
Publication of CN114217252A publication Critical patent/CN114217252A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114217252B publication Critical patent/CN114217252B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/12Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
    • G01R33/1238Measuring superconductive properties

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

本发明公开了一种同绕补偿线圈及有其的失超检测系统,同绕补偿线圈包括位于管内电缆导体铠甲倒角处的同绕线补偿线圈、沿管内电缆导体铠甲螺旋包绕的同绕带补偿线圈;同绕线补偿线圈平行于管内电缆导体布线,最佳安放倒角位置通过互感计算分析确定,其一端与管内电缆导体铠甲连接,另一端获取同绕线补偿线圈与超导磁体间差分电压,实现对超导磁体感应电压的补偿;同绕带补偿线圈沿管内电缆导体螺旋包绕布线,最佳包绕螺距通过互感计算分析确定,其一端与管内电缆导体铠甲连接,另一端获取同绕带补偿线圈与超导磁体间差分电压,实现对超导磁体感应电压的补偿。该种同绕补偿线圈能够实现精准补偿,避免感应电压造成失超检测误判。

Description

一种同绕补偿线圈及有其的失超检测系统
技术领域
本发明属于超导磁体失超检测技术领域,更具体地,涉及一种应用于管内电缆导体型超导磁体失超检测的同绕补偿线圈及有其的失超检测系统,尤其适用于脉冲场磁体的失超检测。
背景技术
全超导磁体是托卡马克受控聚变装置稳态运行的基础,也是未来聚变堆的首选方案。超导磁体系统是超导托卡马克装置主机的最重要组成部分,主要用于激发、控制和约束等离子体,具有磁体规模大、运行电流高、电流变化快的运行特点。因此,托卡马克超导磁体多采用管内电缆导体(CICC,Cable-In-Conduit Conductor)绕制。
超导磁体运行在4.5K超低温下,任何剧烈的热、电磁和机械扰动都可能导致磁体失超,此时电磁储能快速转化为热能,如不及时探测到失超发生并采取保护措施则会破坏磁体的内部结构甚至烧毁磁体。失超检测方法主要包括:电压检测法、温升检测法、压力检测法、流速检测法、超声波检测法等。
聚变磁体采用电压检测作为主失超检测方案,以提高响应实时性。由于磁体电感及其脉冲运行,其两端产生的感应电压需要给以充分考虑,避免造成失超检测的误判。为消除感应电压干扰,传统的电压检测采用平衡电桥或补偿线圈抵消感应电压。但平衡电桥方法依赖于磁体的对称结构,对于时变的等离子体电流等耦合干扰难以抵消;传统补偿线圈采用独立的线圈用以拾取空间磁通变化,对于大尺寸聚变磁体而言,存在空间差异大、补偿效果差的问题。因此,准确的失超判别需要准确检测失超电阻电压变化,十分必要针对大型超导磁体,发展更为精准的感应电压补偿处理技术,以最大限度抵消各类感应电压噪声对失超检测的干扰。
发明内容
本发明技术解决问题:针对传统补偿线圈及平衡电桥补偿效果差的缺陷提供一种同绕补偿线圈及有其的失超检测系统,能够实现精准补偿以抵消各类感应电压噪声对失超检测的干扰,避免失超检测误判。
本发明技术解决方案:一种同绕补偿线圈,包括:位于超导磁体(1)管内电缆导体铠甲倒角处的同绕线补偿线圈(2)、沿超导磁体(1)管内电缆导体铠甲螺旋包绕的同绕带补偿线圈(3);所述同绕补偿线圈(2)和(3)与超导磁体(1)同步绕制,具有相同的结构尺寸和耦合电感,与传统分离式补偿线圈相比噪声抑制比提高一个数量级;
所述同绕线补偿线圈(2)平行于超导磁体(1)的管内电缆导体布线,安放倒角处的位置通过互感计算分析确定;
所述同绕线补偿线圈(2)的一端与超导磁体(1)的管内电缆导体铠甲连接,连接处可导电;
所述同绕带补偿线圈(3)沿超导磁体(1)的管内电缆导体螺旋布线,包绕螺距通过互感计算分析确定;
所述同绕带补偿线圈(3)的一端与超导磁体(1)的管内电缆导体铠甲连接,连接处可导电;
工作时,所述同绕线补偿线圈(2)及同绕带补偿线圈(3)用于感应超导磁体(1)中的感应电压;所述同绕线补偿线圈(2)及同绕带补偿线圈(3)与超导磁体(1)间的耦合电感与超导磁体(1)自身电感误差不大于1%;通过所述同绕线补偿线圈(2)及同绕带补偿线圈(3)与超导磁体(1)另一端,获取同绕补偿线圈与超导线圈间差分电压,对超导磁体中感应电压抑制比达到99%以上,消除超导磁体中的自感电压及互感电压对失超检测电压的影响,避免失超误判。
所述同绕线补偿线圈(2)由同绕线沿管内电缆导体铠甲倒角平行于超导磁体绕制形成。如此一来,由于同绕线补偿线圈与超导磁体具有相同匝数,且二者几何中心接近,以此实现同绕线补偿线圈与超导磁体间的强耦合。
其中,同绕线最佳倒角位置通过互感计算确定,保证同绕线补偿线圈与超导磁体间的耦合电感与超导磁体自身电感误差不大于1%。
所述同绕线由细不锈钢线和玻璃纤维编织护套组成,电阻值不小于1kΩ。同绕线位于超导磁体匝间绝缘和对地绝缘之间,采用与磁体绝缘相同的玻纤编织护套,保证真空压力浸渍后同绕线与磁体绝缘一体化成型,避免运行中磁体应力造成同绕线损伤。电阻值不小于1kΩ,保证工作时同绕线中电流远小于1mA,避免发热和应力问题。
所述同绕带补偿线圈(3)由同绕带沿管内电缆导体铠甲螺旋包绕形成。采用螺旋包绕方式,能够实现同绕带补偿线圈与超导磁体间几何中心完全重合,且二者具有相同匝数,以此实现同绕带补偿线圈与超导磁体间的强耦合。
其中,同绕带最佳布线螺距通过互感计算确定,保证同绕补偿线圈与超导磁体间的耦合电感与超导磁体自身电感误差不大于1%。
所述同绕带由不锈钢带内嵌于玻璃纤维编织带组成,电阻值不小于1kΩ。同绕带内嵌于超导磁体匝间绝缘之中,采用与磁体绝缘相同的玻纤编织护套,保证真空压力浸渍后同绕带与磁体绝缘一体化成型,避免运行中磁体应力造成同绕带损伤。电阻值不小于1kΩ,保证工作时同绕带中电流远小于1mA,避免发热和应力问题。
本发明还提供了一种失超检测系统,包括由管内电缆导体绕制的超导磁体及同绕补偿线圈,同绕补偿线圈为上述的同绕线补偿线圈和同绕带补偿线圈。经同绕补偿线圈抑制后,超导磁体中感应电压被抑制至失超判别阈值电压以下;失超电压作为有效检测信号进入失超逻辑判别单元,如若失超检测电压超过电压阈值并持续时间超过时间阈值,则判定超导磁体失超并触发失超保护动作。
本发明具有以下优点:
(1)本发明将补偿线圈通过与超导磁体同绕方式实现,保证同绕补偿线圈与超导磁体具有相同的形状结构和空间尺寸,实现同绕补偿线圈与超导磁体间耦合电感与超导磁体自身电感的一致性。适用于由管内电缆导体绕制的大型超导磁体,特别是变化磁场下的托卡马克超导磁体。
(2)当变化的磁通在超导磁体中产生感应电压的同时,也会在同绕补偿线圈中产生同样的感应电压,且由于电感一致性,二者感应电压几近相同。通过获取同绕补偿线圈与超导磁体间的差分电压,能够实现对感应电压的精准补偿,以消除各类感应电压噪声对失超检测电压信号造成影响,避免失超检测误判。
(3)采用同绕线补偿线圈和同绕带补偿线圈并行方式,实现同一超导磁体多路失超检测的工作冗余,增加系统可靠性。
附图说明
图1为本发明示意图;
图2为基于同绕补偿线圈的失超检测系统结构示意图;
图3为同绕线与同绕带安装示意图;
图4为同绕线及同绕带与线圈端部连接示意图;
图5为同绕补偿线圈补偿前后的失超检测信号波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
考虑到超导磁体为感性负载,失超检测电压信号中干扰是磁场变化在超导磁体上产生的感应电压。为消除感应电压对失超检测信号影响,本发明提出了一种与超导磁体具有相同尺寸和结构的同绕补偿线圈,利用同绕补偿线圈次级感应回路能有效抵消各类感应电压。通过互感计算优化设计,保证同绕补偿线圈与超导磁体间耦合电感与磁体本身电感误差不大于1%,实现对超导磁体失超检测电压精准补偿,以为了获得高信噪比的失超检测信号,进行准确的失超判别。
同绕补偿线圈由同绕线补偿线圈和同绕带补偿线圈构成,二者一端与超导磁体连接获取等电位。工作时,通过另外一端获取超导磁体与同绕补偿线圈间差分电压,利用同绕补偿线圈次级感应电压以抵消超导磁体中的感应电压,实现对失超检测电压信号中感应电压噪声的精准补偿。
如图1所示,本发明实施例提供的同绕补偿线圈包括两种不同类型,同绕线补偿线圈2和同绕带补偿线圈3。二者补偿功能相同,具有不同的导体结构和安装方式,相互构成冗余,增加系统可靠性。
如图2所示,使用时经另一端获取同绕补偿线圈与超导磁体之间的差分电压,从而达到对各类感应电压噪声的补偿目的,消除干扰。该补偿过程可以通过下式进行详细阐述:式中,Uqu为检测电压,Rqu为失超电阻,I1为被检测磁体运行电流,L和Mcw-1分别为被检测磁体电感及其与同绕补偿线圈间互感,M1j和Mcw-j分别为被检测磁体及其同绕补偿线圈与其他超导磁体间互感,N为超导磁体个数。由于同绕补偿线圈与超导磁体具有相同的结构尺寸和耦合电感,同绕补偿线圈中的磁链变化与超导磁体中的磁链变化一致,因而二者两端感应电压近似相等,取差分电压后对感应电压的抑制比达到99%以上。
同绕线为圆线型导体,线芯为不锈钢导体,护套为玻璃纤维编织层以更好融入超导磁体真空压力浸渍绝缘层。如图3所示,管内电缆导体4基本结构如下:围绕在一个敞口的中心螺旋管43上,超导股线多级绞制形成超导电缆42,超导电缆42和中心螺旋管43插入一个圆角矩形不锈钢铠甲41。同绕线5安放于管内电缆导体4圆角矩形铠甲41的倒角处,位于超导磁体匝间绝缘7外,平行于管内电缆导体4布线,安装倒角位置通过耦合电感计算确定,以保证同绕线补偿线圈与超导磁体具有相同结构尺寸和耦合电感,即式中,Mcww-i为同绕线补偿线圈与编号为i的磁体间互感,L为被检测磁体的自感,M1j为被检测磁体与编号为j的磁体间互感,N为超导磁体个数。
同绕带为带状导体,采用不锈钢带嵌入玻璃纤维编织带结构以更好融入超导磁体真空压力浸渍绝缘层。如图3所示,同绕带6沿管内电缆导体4铠甲41螺旋包绕,位于超导磁体匝间绝缘层7中,包绕螺距通过耦合电感计算确定,以保证同绕带补偿线圈与超导磁体具有相同结构尺寸和耦合电感,即式中,Mcwt-i为同绕带补偿线圈与编号为i的磁体间互感,L为被检测磁体的自感,M1j为被检测磁体与编号为j的磁体间互感,N为超导磁体个数。
如图4所示,同绕线的一端通过毛细不锈钢管转接后与管内电缆导体的铠甲电阻点焊连接8,同绕带的一端则直接与管内电缆导体的铠甲电阻点焊连接9,保证导电性,以获取等电位。
如图5所示,为本实施例中同绕补偿线圈补偿前后的失超检测信号波形,从补偿前后信号的波形对比可以明显看出,超导磁体中的感应电压得到了精准补偿。基于耦合电感计算结果的优化设计,同绕补偿线圈与磁体间耦合电感与超导磁体自身电感误差不超过1%,因此综合感应电压被抵消百倍以上。实际残余感应电压小于失超判别阈值电压,有利于失超检测的准确判别,避免失超误判和误保护造成超导磁体性能衰退。

Claims (6)

1.一种同绕补偿线圈,其特征在于,包括:位于超导磁体(1)管内电缆导体铠甲倒角处的同绕线补偿线圈(2)、沿超导磁体(1)管内电缆导体铠甲螺旋包绕的同绕带补偿线圈(3);所述同绕线补偿线圈(2)和同绕带补偿线圈(3)与超导磁体(1)同步绕制,具有相同的结构尺寸和耦合电感;
所述同绕线补偿线圈(2)平行于超导磁体(1)的管内电缆导体布线,安放倒角处的位置通过互感计算分析确定;
所述同绕线补偿线圈(2)的一端与超导磁体(1)的管内电缆导体铠甲连接,连接处可导电;
所述同绕带补偿线圈(3)沿超导磁体(1)的管内电缆导体螺旋布线,包绕螺距通过互感计算分析确定;
所述同绕带补偿线圈(3)的一端与超导磁体(1)的管内电缆导体铠甲连接,连接处可导电;
工作时,所述同绕线补偿线圈(2)及同绕带补偿线圈(3)用于感应超导磁体(1)中的感应电压;所述同绕线补偿线圈(2)及同绕带补偿线圈(3)与超导磁体(1)间的耦合电感与超导磁体(1)自身电感误差不大于1%;通过所述同绕线补偿线圈(2)及同绕带补偿线圈(3)与超导磁体(1)另一端,获取同绕补偿线圈与超导线圈间差分电压,消除超导磁体中的自感电压及互感电压对失超检测电压的影响,避免失超误判。
2.根据权利要求1所述的同绕补偿线圈,其特征在于:所述同绕线补偿线圈(2)由同绕线沿管内电缆导体铠甲倒角平行于超导磁体绕制形成。
3.根据权利要求2所述的同绕补偿线圈,其特征在于:所述同绕线由细不锈钢线和玻璃纤维编织护套组成,电阻值不小于1kΩ。
4.根据权利要求1所述的同绕补偿线圈,其特征在于:所述同绕带补偿线圈(3)由同绕带沿管内电缆导体铠甲螺旋包绕形成。
5.根据权利要求4所述的同绕补偿线圈,其特征在于,所述同绕带由不锈钢带内嵌于玻璃纤维编织带组成,电阻值不小于1kΩ。
6.一种失超检测系统,包括超导磁体以及同绕补偿线圈,其特征在于,所述同绕补偿线圈为权利要求1−5任一所述的同绕补偿线圈,经同绕补偿线圈抑制后,超导磁体中感应电压被抑制至失超判别阈值电压以下;失超电压作为有效检测信号进入失超逻辑判别单元,如若失超检测电压超过电压阈值并持续时间超过时间阈值,则判定超导磁体失超并触发失超保护动作。
CN202111524910.6A 2021-12-14 2021-12-14 一种同绕补偿线圈及有其的失超检测系统 Active CN114217252B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111524910.6A CN114217252B (zh) 2021-12-14 2021-12-14 一种同绕补偿线圈及有其的失超检测系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111524910.6A CN114217252B (zh) 2021-12-14 2021-12-14 一种同绕补偿线圈及有其的失超检测系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114217252A CN114217252A (zh) 2022-03-22
CN114217252B true CN114217252B (zh) 2023-09-29

Family

ID=80701666

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111524910.6A Active CN114217252B (zh) 2021-12-14 2021-12-14 一种同绕补偿线圈及有其的失超检测系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114217252B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115902726B (zh) * 2022-11-22 2023-08-29 华中科技大学 一种超导磁体线圈失超检测方法及装置
CN117075010A (zh) * 2023-08-17 2023-11-17 能量奇点能源科技(上海)有限公司 高温超导磁体检测组件及制法、高温超导磁体失超检测法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102751699A (zh) * 2012-06-15 2012-10-24 中国科学院电工研究所 一种核磁共振超导磁体失超保护装置
JP2015023191A (ja) * 2013-07-19 2015-02-02 株式会社前川製作所 超電導マグネットのアクティブ・クエンチ検出方法
CN110261799A (zh) * 2019-06-19 2019-09-20 中国科学院合肥物质科学研究院 利用分布式光纤传感技术的高温超导磁体失超检测系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102751699A (zh) * 2012-06-15 2012-10-24 中国科学院电工研究所 一种核磁共振超导磁体失超保护装置
JP2015023191A (ja) * 2013-07-19 2015-02-02 株式会社前川製作所 超電導マグネットのアクティブ・クエンチ検出方法
CN110261799A (zh) * 2019-06-19 2019-09-20 中国科学院合肥物质科学研究院 利用分布式光纤传感技术的高温超导磁体失超检测系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Bi2223/Ag带双饼线圈失超电压耦合补偿测试;张京业, 陈敬林, 许爱霞, 张勇, 陈治友, 王福堂, 丁立人, 高秉钧;低温工程(05);全文 *
全超导托卡马克极向场超导线圈的失超检测;胡燕兰;吕环宇;朱则英;陆建华;潘超;;低温物理学报(04);全文 *
高温超导磁体的一种失超判别方法;梁哲兴;陈树衡;周平;陈兴华;;低温工程(01);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114217252A (zh) 2022-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114217252B (zh) 一种同绕补偿线圈及有其的失超检测系统
EP2858079B1 (en) Contactless power transfer transformer
US11742139B2 (en) Current transformer
US10502586B2 (en) Inductive transducer shielding method
AU2013345687A1 (en) Shield cable
CN103529359A (zh) 一种用于干式空心电抗器匝间绝缘故障定位的方法
CN112904248A (zh) 一种无绝缘高温超导线圈的失超检测装置及失超检测方法
CN107589356A (zh) 变压器绝缘性检测装置
US20060268471A1 (en) Resistive superconducting fault current limiter
CN102435813A (zh) 一种电炉变压器低压侧电流采集方法及继电保护装置
CN103575802A (zh) 宽频带涡流探头
CN115902726A (zh) 一种超导磁体线圈失超检测方法及装置
CN104756205B (zh) 超导线圈的失超检测装置
CN103308775B (zh) 一种测试交流海底电力电缆铠装损耗的装置及其方法
Andreev et al. Development and test of single-bore cos-/spl thetav/Nb/sub 3/Sn dipole models with cold iron yoke
RU2684607C1 (ru) Устройство защиты однофазного трансформатора от электрических повреждений в обмотках
CN105914017A (zh) 用于减小线圈的涡流损耗的变压器
KR102167824B1 (ko) 고장전류 제한형 스마트 초전도 송배전 전력케이블 권선 구조체와 그의 제작방법 및 초전도 송배전 전력케이블 권선 구조체 기반 한류기 겸용 전력전송장치
Wang et al. Detection method for a local normal-state transition in a no-insulation REBCO pancake coil
CN111884175A (zh) 基于电磁耦合法的高压电缆金属护套接地环流抑制方法
Shikimachi et al. Unit coil development for Y-SMES
CN105071364B (zh) 一种限制变电站二次系统电缆屏蔽层寄生电流的方法
CN112379223B (zh) 一种配电变压器绕组匝间绝缘劣化的等效电路模型
JP2520915Y2 (ja) 送電線電流測定用広帯域変流器
KR20220033845A (ko) 초전도 고장 전류 제한기의 자기 특성 추정 장치, 방법 및 이를 이용한 비선형 인덕턴스 추정 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240423

Address after: 230031 Building 2, Dongpu Island, Hefei City, Anhui Province

Patentee after: Hefei Science Island Holdings Co.,Ltd.

Country or region after: China

Address before: 230031 no.181, Gucheng Road, sanzigang Township, Luyang District, Hefei City, Anhui Province

Patentee before: HEFEI INSTITUTES OF PHYSICAL SCIENCE, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES

Country or region before: China

TR01 Transfer of patent right