CN115513898A - 一种超导磁体保护装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种超导磁体保护装置，当超导线圈励磁或退磁或使用过程中，发现制冷系统或温度传感器的温度异常时，通过打开排气阀向HTS+及HTS‑的高温端排放冷却气体，断开断路器使HTS+及HTS‑的电流为0而保护其不被烧毁，使液氦中的加热器加热后气化成氦气飘向HTS+及HTS‑的高温端，或者使失超加热器加热后致使超导线圈失超进而保护HTS+及HTS‑不被烧毁，从而有效解决了现有技术中容易造成高温电流引线损坏的问题。
Description
技术领域
本申请涉及超导磁体技术领域，特别是涉及一种超导磁体保护装置。
背景技术
超导磁体广泛应用于医疗、大型科研装置等领域，其工作电流往往较大，达到几百安培甚至上千安培。由于大电流下的常规金属电流引线的冷却较为困难，高温超导电流引线(High Temperature Superconducting，HTS)被引入作为电流引线的一部分，以降低超导磁体系统的热负荷。
当超导磁体进行升场、降场操作或者经由外接电源产生磁场时，由于操作时间往往较长，需要考虑操作时间内发生的意外断电、制冷系统故障等等造成的设备损坏的可能，在意外故障发生后的第一时间采取安全方法，启动紧急失超装置来使磁体失超，以保护超导磁体及电流引线不被烧毁。
在专利号为CN104835611B的专利文献中，超导磁体系统及其高温超导引线的失超保护方法公开了一种该场景下超导磁体系统及高温电流引线的保护方法，其通过检测高温超导电流引线段的失超电压或者温度信息，决定是否对超导线圈进行加热。当失超电压或者温度信息超过阈值，保护系统对超导线圈进行加热，使超导磁体失超，达到保护超导磁体和高温电流引线的目的。
但在实际应用中，通过加热器对线圈进行加热往往有秒级的延迟，超导线圈从失超到电流降为0也有数秒的时间，也就是说从检测器发出命令到高温超导电流引线的电流明显降低还有数秒的时间，该段时间内有可能造成高温电流引线的损坏。与此同时，高温超导电流引线的临界电流往往受温度的影响最大。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种超导磁体保护装置，用于解决现有技术中容易造成高温电流引线损坏的技术问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种超导磁体保护装置，包括：超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)，接于超导线圈(4)的供电回路中；断路器(13)，接于所述超导线圈(4)的供电回路中；第一温度传感器(8)及第二温度传感器(81)，分别用于采集所述超导电流正极引线HTS+(1)、超导电流负极引线HTS-(2) 的高温端温度信息及低温端温度信息；失超加热器(9)，设于所述超导线圈(4)上；制冷系统(16)，用于冷却超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)；控制器(15)，电性连接所述制冷系统(16)、第一温度传感器(8)、第二温度传感器(81)、断路器(13)及失超加热器(9)，以从所述制冷系统(16)、第一温度传感器(8)、第二温度传感器(81)接收温度信息；所述控制器(15)用以执行第一保护策略，其包括：当所述制冷系统(16)、第一温度传感器(8)、第二温度传感器(81)中任一者的温度异常时，控制所述断路器(13)断开和/或控制所述失超加热器(9)加热。
于本申请的一些实施例中，所述超导磁体保护装置还包括：一级导冷法兰(3)，与所述超导电流正极引线HTS+(1)、超导电流负极引线HTS-(2)的高温端相连，且其上设有所述第一温度传感器(8)；二级导冷法兰(31)，与所述超导电流正极引线HTS+(1)、超导电流负极引线HTS-(2)的低温端相连，且其上设有所述第二温度传感器(81)。
于本申请的一些实施例中，所述超导磁体保护装置还包括：电源(11)，其正极电性连接超导电流正极引线HTS+(1)的高温端，超导电流正极引线HTS+(1)的低温端及超导电流负极引线HTS-(2)的低温端电性连接超导线圈(4)的两端；所述超导电流负极引线HTS- (2)的高温端电性连接断路器(13)的一端，所述断路器(13)的另一端连接所述电源(11) 的负极。
于本申请的一些实施例中，所述制冷系统(16)、第一温度传感器(8)及第二温度传感器(81)均设定一级温度阈值；其中，所述控制器(15)用以执行第二保护策略，其包括：若触发所述制冷系统(16)的温度阈值，则所述控制器(15)控制断路器(13)断开；若触发所述第一温度传感器(8)或第二温度传感器(81)的温度阈值，则所述控制器(15)控制所述失超加热器(9)加热。
于本申请的一些实施例中，所述超导磁体保护装置还包括：排气阀(7)及排气管(6)；所述排气阀(7)电性连接所述控制器(15)，并通过所述排气管(6)与所述一级导冷法兰(3)连通。
于本申请的一些实施例中，所述超导磁体保护装置还包括：液氦容器(14)，其内装有液氦；加热器(10)，位于所述液氦容器(14)内；其中，所述超导线圈(4)、超导电流正极引线HTS+(1)的低温端、超导电流负极引线HTS-(2)的低温端位于装有液氦的液氦容器(14)内；超导电流正极引线HTS+(1)、超导电流负极引线HTS-(2)的高温端外露于液氦容器(14)，与之相连的一级导冷法兰(3)位于液氦容器(14)外且位于液氦气化后氦气向上飘升的飘升路径上。
于本申请的一些实施例中，所述控制器(15)电性连接并控制所述排气阀(7)和加热器 (10)；其中，若所述制冷系统(16)、第一温度传感器(8)、第二温度传感器(81)中的任一者温度异常，所述控制器(15)子还行如下任一种或多种任务：控制排气阀(7)打开；控制加热器(10)加热；控制断路器(13)断开；控制失超加热器(9)加热。
于本申请的一些实施例中，所述制冷系统(16)设定一级阈值；所述第一温度传感器(8)、第二温度传感器(81)均设定两级阈值；其中，所述控制器(15)用以执行第三保护策略，其包括：若触发制冷系统(16)的温度阈值，则控制器(15)控制所述断路器(13)不断开并控制排气阀(7)打开；若触发所述第一温度传感器(8)的第一级温度阈值或所述第二温度传感器(81)的第一级温度阈值，则控制器(15)控制加热器(10)加热；若触发所述第一温度传感器(8)的第二级温度阈值或所述第二温度传感器(81)的第二级温度阈值，则控制器(15)控制断路器(13)断开和/或控制失超加热器(9)加热。
如上所述，本申请的一种超导磁体保护装置，具有以下有益效果：当超导线圈励磁或退磁或使用过程中，发现制冷系统或温度传感器的温度异常时，通过打开排气阀向HTS+及HTS- 的高温端排放冷却气体，断开断路器使HTS+及HTS-的电流为0而保护其不被烧毁，使液氦中的加热器加热后气化成氦气飘向HTS+及HTS-的高温端，或者使失超加热器加热后致使超导线圈失超进而保护HTS+及HTS-不被烧毁。
附图说明
图1A显示为本申请一实施例中有制冷剂冷却的超导磁体保护装置的结构示意图。
图1B显示为本申请一实施例中有制冷剂冷却的超导磁体保护装置的电路结构示意图。
图1C显示为本申请一实施例中有制冷剂冷却的超导磁体保护装置的控制电路示意图。
图1D显示为本申请一实施例中有制冷剂冷却的超导磁体保护装置的温度阈值示意图。
图1E显示为本申请一实施例中有制冷剂冷却的超导磁体保护装置的温度阈值示意图。
图2A显示为本申请一实施例中无制冷剂冷却的超导磁体保护装置的结构示意图。
图2B显示为本申请一实施例中无制冷剂冷却的超导磁体保护装置的电路结构示意图。
图2C显示为本申请一实施例中无制冷剂冷却的超导磁体保护装置的控制电路示意图。
图2D显示为本申请一实施例中无制冷剂冷却的超导磁体保护装置的温度阈值示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固持”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。应当进一步理解，此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、 B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C； A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
为解决上述背景技术中的问题，本发明提出一种对具有高温超导电流引线或固定式电流引线的超导磁体系统的保护方法，当超导磁体高温超导电流引线温度升高，本发明将根据温度值优先采取增加冷量供应的方法使高温超导电流引线的温度降到安全阈值以内，在极端情况下采取主动失超的方式使超导磁体失超，迅速降低流经高温超导电流引线的电流，以保护超导磁体和高温电流引线或固定式电流引线不受损坏。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，通过下述实施例并结合附图，对本发明实施例中的技术方案的进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
实施例一
如图1A所示，展示了本发明在一实施例中超导磁体保护装置的结构示意图。值得说明的是，本实施例展示的是有制冷剂冷却超导线圈的超导磁体保护装置，其结构具体包括：超导电流正极引线HTS+(1)、超导电流负极引线HTS-(2)、一级导冷法兰(3)、二级导冷法兰(31)、超导线圈(4)、线圈保护模块(5)、排气管(6)、排气阀(7)、第一温度传感器(8)、第二温度传感器(81)、失超加热器(9)、加热器(10)、电源(11)、电源保护模块(12)、断路器(13)、液氦容器(14)、控制器(15)、制冷系统(16)等部件。
所述超导磁体保护装置的电路结构如图1B所示：电源(11)正极连接超导电流正极引线HTS+(1)的高温端，超导电流正极引线HTS+(1)的低温端及超导电流负极引线HTS- (2)的低温端连接超导线圈(4)的两端，且所述超导线圈(4)并联连接有线圈保护模块(5)；超导电流负极引线HTS-(2)的高温端连接断路器(13)的一端，断路器(13)的另一端连接电源(11)负极，且电源(11)的两端并联连接有电源保护模块(12)。
其中，超导线圈(4)及其并联连接的线圈保护模块(5)、超导电流正极引线HTS+(1)的低温端、超导电流负极引线HTS-(2)的低温端位于装有液氦的液氦容器(14)内，超导电流正极引线HTS+(1)、超导电流负极引线HTS-(2)的高温端外露于液氦容器(14)。一级导冷法兰(3)用于连接超导电流正极引线HTS+(1)、超导电流负极引线HTS-(2) 的高温端，二级导冷法兰(31)连接超导电流正极引线HTS+(1)、超导电流负极引线HTS- (2)的低温端。二级导冷法兰(31)位于液氦容器(14)内；一级导冷法兰(3)位于液氦容器(14)外且位于液氦气化后氦气向上飘升的飘升路径上；一级导冷法兰(3)还连通排气管(6)，排气管(6)连接排气阀(7)。第一温度传感器(8)设于一级导冷法兰(3)上，第二温度传感器(81)设于二级导冷法兰(31)上。
所述超导磁体保护装置的控制电路的结构如图1C所示：控制器(15)分别电性连接制冷系统(16)、第一温度传感器(8)、第二温度传感器(81)、断路器(13)、排气阀(7)、加热器(10)、失超加热器(9)。所述控制器(15)从制冷系统(16)、第一温度传感器 (8)、第二温度传感器(81)接收温度信息，并向断路器(13)、排气阀(7)、加热器(10)、失超加热器(9)中的一或多者发送控制指令。
具体而言，在通常情况下，电源(11)通过超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)给超导线圈(4)供电产生磁场。当超导线圈(4)在励磁、退磁或使用过程中，若制冷系统(16)、超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)的高温端、或者超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)的低温端的监测温度出现异常，可使用如下任一种或多种保护方式来进行超导磁体保护，具体如下：
保护方式1.控制器(15)打开排气阀(7)，使冷却气体(如氦气)通过排气管(6)通向一级导冷法兰(3)，从而使超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2) 的温度下降，第一温度传感器(8)检测到的温度值下降到正常值。
保护方式2.控制器(15)控制断路器(13)断开，使流经超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)的电流为0，保护其不被烧毁。
保护方式3.控制器(15)控制失超加热器(9)进行加热，进而保护超导电流正极引线 HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)不被烧毁。
保护方式4.控制器(15)控制加热器(10)进行加热，液氦气化成氦气并向上飘升至位于其飘升路径上的一级导冷法兰(3)，使一级导冷法兰(3)的温度降低，进而使与之连接的超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)的高温端温度降低。
值得说明的是，上述任一种保护方式都能够实现超导磁体保护，在实际应用中，各保护方式即可单独使用，也可相结合使用，举例来说：所述控制器(15)用以执行第一保护策略，其包括：当所述制冷系统(16)、第一温度传感器(8)、第二温度传感器(81)中任一者的温度异常时，控制所述断路器(13)断开和/或控制所述失超加热器(9)加热。
进一步的，考虑到制冷系统(16)、超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)的高温端、超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)的低温端的温度阈值并不同，因此本实施例还提供一种优选的实施方案来满足这些不同的温度阈值。在该优选的实施方案具体包括：
制冷系统(16)设定一级温度阈值，第一温度传感器(8)和第二温度传感器(81)分别设定两级温度阈值；所述控制器(15)用以执行第三保护策略，其包括：若触发制冷系统(16) 的温度阈值，则控制器(15)控制排气阀(7)打开；若触发所述第一温度传感器(8)的第一级温度阈值或所述第二温度传感器(81)的第一级温度阈值，则控制器(15)控制加热器(10)加热；若触发所述第一温度传感器(8)的第二级温度阈值或所述第二温度传感器(81)的第二级温度阈值，则控制器(15)控制断路器(13)断开和/或控制失超加热器(9)加热。为便于理解，下文结合图1D和图1E来分别进行说明。
如图1D所示，展示了本实施例中超导磁体阈值保护的示意图。控制器(15)接收来自制冷系统(16)和第一温度传感器(8)的状态信息，制冷系统(16)设定一级阈值，即第一阈值(20)，第一温度传感器(8)设定至少两级阈值，分别是第二阈值(21)和第三阈值(22)，第一阈值(20)、第二阈值(21)、第三阈值(22)按升序设定。
若制冷系统(16)因故障而触发第一阈值(20)，则控制器(15)控制排气阀(7)打开排气，排出的冷却气体(如氦气等)通过排气管(6)流向一级导冷法兰(3)，使一级导冷法兰(3)的温度降低，进而使与之连接的超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)的高温端温度不触发第二阈值(21)。
若第一温度传感器(8)检测到超导电流正极引线HTS+(1)或者超导电流负极引线HTS- (2)的高温端温度触发第二阈值(21)，则控制器(15)控制加热器(10)进行加热，由于加热器(10)浸于液氦容器(14)中，因此加热后会使液氦气化成氦气，并向上飘升至位于其飘升路径上的一级导冷法兰(3)，使一级导冷法兰(3)的温度降低，进而使与之连接的超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)的高温端温度不触发所述第二阈值(21)。需说明的是，排气阀(7)和加热器(10)配合使用，即考虑到排气阀(7)中的冷却气体被排尽的情况下，需要加热器(10)对液氦进行加热，进而使液氦气化成氦气后飘向一级导冷法兰(3)。
若第一温度传感器(8)检测到若超导电流正极引线HTS+(1)或者超导电流负极引线 HTS-(2)的高温端温度触发第三阈值(22)，则控制器(15)控制断路器(13)断开，和/ 或控制失超加热器(9)进行加热，使超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS- (2)中的电流在极短时间内降为0，从而保护超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)不会失超烧毁。
具体而言，断路器(13)断开后，会使超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)中的电流在极短时间内降为零，从而保护HTS+和HTS-不会失超烧毁；而失超加热器(9)加热后，会使超导线圈(4)失超，电路中的电流将在由超导线圈(4)和线圈保护模块(5)所组成的回路中消耗，因此，超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)中的电流将在极短时间内降为0，从而保护HTS+和HTS-不会失超烧毁。
如图1E所示，展示了本实施例中超导磁体阈值保护的示意图。控制器(15)接收来自制冷系统(16)和第二温度传感器(81)的状态信息，制冷系统(16)设定一级阈值，即第一阈值(20)，第二温度传感器(81)设定至少两级阈值，分别是第四阈值(21)和第五阈值(22)，第一阈值(20)、第四阈值(23)、第五阈值(24)按升序设定。
若制冷系统(16)因故障而触发第一阈值(20)，则控制器(15)控制排气阀(7)打开排气，排出的冷却气体(如氦气等)通过排气管(6)流向一级导冷法兰(3)，使一级导冷法兰(3)的温度降低，进而使与之连接的超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)的低温端温度不触发第四阈值(23)。
若第二温度传感器(81)检测到超导电流正极引线HTS+(1)或者超导电流负极引线HTS-(2)的低温端温度触发第四阈值(23)，则控制器(15)控制加热器(10)进行加热，由于加热器(10)浸于液氦容器(14)中，因此加热后会使液氦气化成氦气，并向上飘升至位于其飘升路径上的一级导冷法兰(3)，使一级导冷法兰(3)的温度降低，进而使与之连接的超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)的低温端温度不触发所述第四阈值(23)。需说明的是，排气阀(7)和加热器(10)配合使用，即考虑到排气阀(7) 中的冷却气体被排尽的情况下，需要加热器(10)对液氦进行加热，进而使液氦气化成氦气后飘向一级导冷法兰(3)。
若第二温度传感器(81)检测到若超导电流正极引线HTS+(1)或者超导电流负极引线 HTS-(2)的低温端温度触发第五阈值(24)，则控制器(15)控制断路器(13)断开，和/ 或控制失超加热器(9)进行加热，使超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS- (2)中的电流在极短时间内降为0，从而保护超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)不会失超烧毁。
具体而言，断路器(13)断开后，会使超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)中的电流在极短时间内降为零，从而保护HTS+和HTS-不会失超烧毁；而失超加热器(9)加热后，会使超导线圈(4)失超，电路中的电流将在由超导线圈(4)和线圈保护模块(5)所组成的回路中消耗，因此，超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)中的电流将在极短时间内降为0，从而保护HTS+和HTS-不会失超烧毁。
实施例二
如图2A所示，展示了本发明在一实施例中超导磁体保护装置的结构示意图。值得说明的是，本实施例展示的是无制冷剂冷却超导线圈的超导磁体保护装置，其结构具体包括：超导电流正极引线HTS+(1)、超导电流负极引线HTS-(2)、一级导冷法兰(3)、二级导冷法兰(31)、超导线圈(4)、线圈保护模块(5)、第一温度传感器(8)、第二温度传感器(81)、失超加热器(9)、电源(11)、电源保护模块(12)、断路器(13)、控制器(15)、制冷系统(16)等部件。
所述超导磁体保护装置的电路结构如图2B所示：电源(11)正极连接超导电流正极引线HTS+(1)的高温端，超导电流正极引线HTS+(1)的低温端及超导电流负极引线HTS- (2)的低温端连接超导线圈(4)的两端，且所述超导线圈(4)并联连接有线圈保护模块(5)；超导电流负极引线HTS-(2)的高温端连接断路器(13)的一端，断路器(13)的另一端连接电源(11)负极，且电源(11)的两端并联连接有电源保护模块(12)。
其中，一级导冷法兰(3)用于连接超导电流正极引线HTS+(1)、超导电流负极引线HTS-(2)的高温端，二级导冷法兰(31)连接超导电流正极引线HTS+(1)、超导电流负极引线HTS-(2)的低温端。第一温度传感器(8)设于一级导冷法兰(3)上，第二温度传感器(81)设于二级导冷法兰(31)上。
所述超导磁体保护装置的控制电路的结构如图2C所示：控制器(15)分别电性连接制冷系统(16)、第一温度传感器(8)、第二温度传感器(81)、断路器(13)、失超加热器 (9)。所述控制器(15)从制冷系统(16)、第一温度传感器(8)、第二温度传感器(81) 接收温度信息，并向断路器(13)和/或失超加热器(9)发送控制指令。
具体而言，在通常情况下，电源(11)通过超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)给超导线圈(4)供电产生磁场。当超导线圈(4)在励磁、退磁或使用过程中，若制冷系统(16)、超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)的高温端、或者超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)的低温端的监测温度出现异常，可使用如下任一种或多种保护方式来进行超导磁体保护，具体如下：
保护方式1.控制器(15)控制断路器(13)断开，使流经超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)的电流为0，保护其不被烧毁。
保护方式2.控制器(15)控制失超加热器(9)进行加热，进而保护超导电流正极引线 HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)不被烧毁。
值得说明的是，上述任一种保护方式都能够实现超导磁体保护，在实际应用中，各保护方式即可单独使用，也可相结合使用，例如仅使断路器(13)断开，仅使失超加热器(9)加热，或者既使断路器(13)断开又使失超加热器(9)加热，本实施例不做限定。
进一步的，考虑到制冷系统(16)、超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)的高温端、超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)的低温端的温度阈值并不同，因此本实施例还提供一种优选的实施方案来满足这些不同的温度阈值。在该优选的实施方案具体包括：
所述制冷系统(16)、第一温度传感器(8)及第二温度传感器(81)均设定一级温度阈值；所述控制器(15)用以执行第二保护策略，其包括：若触发制冷系统(16)的温度阈值，则控制器(15)控制断路器(13)断开；若触发第一温度传感器(8)或第二温度传感器(81) 的温度阈值，则控制器(15)控制失超加热器(9)加热。需说明的是，本实施例中的温度阈值的定义与上一实施例相同，为便于理解，下文结合图2D进行说明。
如图2D所示，展示了本实施例中超导磁体阈值保护的示意图。控制器(15)接收来自制冷系统(16)和第一温度传感器(8)的状态信息，制冷系统(16)设定一级阈值，即第一阈值(20)，第一温度传感器(8)也设定一级阈值，即第三阈值。
若制冷系统(16)因故障而触发第一阈值(20)，则控制器(15)控制断路器(13)断开，使超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)中的电流在极短时间内降为零，从而保护HTS+和HTS-不会失超烧毁。
若第一温度传感器(8)检测到超导电流正极引线HTS+(1)或者超导电流负极引线HTS- (2)的高温端温度触发第三阈值(22)，则控制器(15)控制失超加热器(9)进行加热，使超导线圈(4)失超，电路中的电流将在由超导线圈(4)和线圈保护模块(5)所组成的回路中消耗，因此，超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)中的电流将在极短时间内降为0，从而保护HTS+和HTS-不会失超烧毁。
如图2D所示，展示了本实施例中超导磁体阈值保护的示意图。控制器(15)接收来自制冷系统(16)和第二温度传感器(81)的状态信息，制冷系统(16)设定一级阈值，即第一阈值(20)，第二温度传感器(81)也设定一级阈值，即第五阈值(24)。
若制冷系统(16)因故障而触发第一阈值(20)，则控制器(15)控制断路器(13)断开，使超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)中的电流在极短时间内降为零，从而保护HTS+和HTS-不会失超烧毁。
若第二温度传感器(81)检测到超导电流正极引线HTS+(1)或者超导电流负极引线HTS-(2)的低温端温度触发第五阈值(24)，则控制器(15)控制失超加热器(9)进行加热，使超导线圈(4)失超，电路中的电流将在由超导线圈(4)和线圈保护模块(5)所组成的回路中消耗，因此，超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)中的电流将在极短时间内降为0，从而保护HTS+和HTS-不会失超烧毁。
综上所述，本申请提供一种超导磁体保护装置，当超导线圈励磁或退磁或使用过程中，发现制冷系统或温度传感器的温度异常时，通过打开排气阀向HTS+及HTS-的高温端排放冷却气体，断开断路器使HTS+及HTS-的电流为0而保护其不被烧毁，使液氦中的加热器加热后气化成氦气飘向HTS+及HTS-的高温端，或者使失超加热器加热后致使超导线圈失超进而保护HTS+及HTS-不被烧毁。所以，本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种超导磁体保护装置，其特征在于，包括：
超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)，接于超导线圈(4)的供电回路中；
断路器(13)，接于所述超导线圈(4)的供电回路中；
第一温度传感器(8)及第二温度传感器(81)，分别用于采集所述超导电流正极引线HTS+(1)、超导电流负极引线HTS-(2)的高温端温度信息及低温端温度信息；
失超加热器(9)，设于所述超导线圈(4)上；
制冷系统(16)，用于冷却超导电流正极引线HTS+(1)及超导电流负极引线HTS-(2)；
控制器(15)，电性连接所述制冷系统(16)、第一温度传感器(8)、第二温度传感器(81)、断路器(13)及失超加热器(9)，以从所述制冷系统(16)、第一温度传感器(8)、第二温度传感器(81)接收温度信息；所述控制器(15)用以执行第一保护策略，其包括：当所述制冷系统(16)、第一温度传感器(8)、第二温度传感器(81)中任一者的温度异常时，控制所述断路器(13)断开和/或控制所述失超加热器(9)加热。
2.根据权利要求1所述的超导磁体保护装置，其特征在于，还包括：
一级导冷法兰(3)，与所述超导电流正极引线HTS+(1)、超导电流负极引线HTS-(2)的高温端相连，且其上设有所述第一温度传感器(8)；
二级导冷法兰(31)，与所述超导电流正极引线HTS+(1)、超导电流负极引线HTS-(2)的低温端相连，且其上设有所述第二温度传感器(81)。
3.根据权利要求1所述的超导磁体保护装置，其特征在于，还包括：
电源(11)，其正极电性连接超导电流正极引线HTS+(1)的高温端，超导电流正极引线HTS+(1)的低温端及超导电流负极引线HTS-(2)的低温端电性连接超导线圈(4)的两端；所述超导电流负极引线HTS-(2)的高温端电性连接断路器(13)的一端，所述断路器(13)的另一端连接所述电源(11)的负极。
4.根据权利要求1所述的超导磁体保护装置，其特征在于，所述制冷系统(16)、第一温度传感器(8)及第二温度传感器(81)均设定一级温度阈值；其中，所述控制器(15)用以执行第二保护策略，其包括：
若触发所述制冷系统(16)的温度阈值，则所述控制器(15)控制断路器(13)断开；
若触发所述第一温度传感器(8)或第二温度传感器(81)的温度阈值，则所述控制器(15)控制所述失超加热器(9)加热。
5.根据权利要求2所述的超导磁体保护装置，其特征在于，还包括：
排气阀(7)及排气管(6)；所述排气阀(7)通过所述排气管(6)与一级导冷法兰(3)连通，以向一级导冷法兰(3)排放冷却气体。
6.根据权利要求5所述的超导磁体保护装置，其特征在于，还包括：
液氦容器(14)，其内装有液氦；
加热器(10)，位于所述液氦容器(14)内；
其中，所述超导线圈(4)、超导电流正极引线HTS+(1)的低温端、超导电流负极引线HTS-(2)的低温端位于装有液氦的液氦容器(14)内；超导电流正极引线HTS+(1)、超导电流负极引线HTS-(2)的高温端外露于液氦容器(14)，与之相连的一级导冷法兰(3)位于液氦容器(14)外且位于液氦气化后氦气向上飘升的飘升路径上。
7.根据权利要求6所述的超导磁体保护装置，其特征在于，所述控制器(15)电性连接并控制所述排气阀(7)和加热器(10)；其中，若所述制冷系统(16)、第一温度传感器(8)、第二温度传感器(81)中的任一者温度异常，所述控制器(15)还执行如下任一种或多种任务：控制排气阀(7)打开；控制加热器(10)加热；控制断路器(13)断开；控制失超加热器(9)加热。
8.根据权利要求7所述的的超导磁体保护装置，其特征在于，所述制冷系统(16)设定一级阈值；所述第一温度传感器(8)、第二温度传感器(81)均设定两级阈值；其中，所述控制器(15)用以执行第三保护策略，其包括：
若触发制冷系统(16)的温度阈值，则控制所述断路器(13)不断开并控制排气阀(7)打开；
若触发所述第一温度传感器(8)的第一级温度阈值或所述第二温度传感器(81)的第一级温度阈值，则控制加热器(10)加热；
若触发所述第一温度传感器(8)的第二级温度阈值或所述第二温度传感器(81)的第二级温度阈值，则控制断路器(13)断开和/或控制失超加热器(9)加热。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202111192513.3A CN115513898A (zh) | 2021-10-13 | 2021-10-13 | 一种超导磁体保护装置 |
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Publications (1)
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202111192513.3A Pending CN115513898A (zh) | 2021-10-13 | 2021-10-13 | 一种超导磁体保护装置 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN115513898A (zh) |
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2021
- 2021-10-13 CN CN202111192513.3A patent/CN115513898A/zh active Pending
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