首页 - 历史沿革 - HT-6M托卡马克装置电源研制

1980年8号工程下马以后至1984年,所里先后建成了两个小型托卡马克装置,HT-6B和HT-6M作为托卡马克电源装置,二室发展了两项科学技术:

★ 电容器储能技术

★ 直流电流关断技术

 

6MJ储能电容器引燃管电路

 

 

HT-6MR=65cma=20cmB=1.5TIp=150 kA

1. 电容器托卡马克电源技术

该课题负责人为许家治、刘保华研究员。

电源系统的主要参数:

纵场:   L/R=65mH/254

V/I=10kV/76kA

flat top 100ms

加热场: L/R=4.37 mH /25.2

V/I=5kV/17kA

平衡场: L/R=48.4mH/30mΩ

V/I=10kV/14.4kA

内部线圈:

 

 

 

 

HT-6M 电源主回路报告

(在研制 HT-6M 电源装置时拟写的科研报告)


HT-6M 装置电源控制、保护及测量报告

(在研制 HT-6M 电源装置时拟写的科研报告)

 

2. 1兆瓦高频脉冲发射机高压脉冲调制电源

该课题负责人为刘正之研究员。

1983年7月至1988年4月我室承担了一兆瓦高频脉冲发射机高压脉冲调制电源的研制,该任务是为受控聚变一兆瓦离子回旋加热试验研制的关键设备,电源系统采用电感储能经无触点大功率高压强流快速开关切换电路,高能氧化锌非线性电阻进行能量转换,产生满足一定技术要求的大功率高压脉冲电源,分(三档)输出:

V1=20kv  I1=90A

V2=12kv  I2=30A

V3=3kv   I3=3A

脉宽1-30ms前后沿≤500µs;脉冲顶降≤5% 。

该高压脉冲调制电源设计思想新颖,技术先进,调节灵活。

 

 

1MW高频脉冲发射机高压脉冲调制电源

(1989年获中国科学院科技进步二等奖)

3. 开关换流技术

1开关并联熔丝/电阻换流

开关采用KN-15(苏联开关)压缩空气断路器:

额定开断电压:15kV;       额定工作电流:4kA;

开断电流:58kA/4s热稳定;  峰值电流:156kA。

早期的64-03激光打靶试验和能量调试实验使用该项技术,并联熔丝用来进行二次换流。在工作时,熔丝要求能够严格的控制熔断时间,例如几到几十毫秒;根据负载要求,能够提供足够高的脉冲电压(几十至几百千伏);在熔断中的能量损耗应尽可能小,以提高换流效率;同时在必要的时候要能够吸收电感线圈中储存的全部能量。存在的主要问题是熔丝更换比较麻烦,试验频率低。

 

电感储能点燃氙灯原理图

 

电感储能并联电阻换流原理图

 

电感储能产生托卡马克等离子体原理图

2)直流电流关断技术

1多台开关串并联研究

受控8号装置的加热场线圈是一个储能量达4000万焦耳的螺旋管线圈,要解决它的供电和调制出需要的电流波形,开关是一个关键性的设备。这种开关要在20KV下、开断50KA的电流,单个开关的开断容量大于1000MVA,而且还要经受每10分钟一次的频繁操作,且寿命也要长。

将人工换流技术应用到可控硅开关上,是解决直流大电流开关的途径之一。从75年—78年底我室集中大部分人力参与8号装置极向场电源的研究与设计。1979年-1982年11月完成了可控硅断路器、压缩空气断路器人工过零直流技术的基本实验、完成了三种型号真空断路器人工过零开断的实验研究工作、进行了可控硅串并联换流试验、多管可控硅换流试验、可控硅开关人工过零直流开断技术的研究与试验。

 多台开关串并联,均流均压技术;

开关同步技术;

人工过零开断技术;

3)高压强流直流人工过零开断技术及其专用真空断路器

该课题负责人为郭增基研究员

1)高压强流直流人工过零技术

高压强流直流人工过零开断是进行受控热核聚变反应研究中的一项关键的供电技术。其真空断路器灭弧室是二串三并的六个真空泡子,利用一组预先充电的电容器,在断路器分闸后的一定时间内加入一个与原电流反向的脉冲电流,使电流过零,从而使断路器电弧熄灭,电路开断。通过试验且得出了人工过零电路参数匹配关系,并成功地实现了高压强流直流人工过零开断。该项技术达到了国内先进水平。

 

人工过零开断技术主电路图

 

 

高压强流直流人工过零开断技术

及其专用断路器开断实验装置(50kA/30kV)

2)单个灭弧室的开断试验和电寿命试验

对研究的纵向磁场结构的真空断路器,进行了单个灭弧室的开断试验和电寿命试验。单个灭弧室的开断电流为15-19千安,正向恢复电压为15-19千伏,燃弧时间为6.6-8.5毫秒,电寿命做到372次。

 

真空断路器和罗柯夫斯基线圈

 

 

 

1981年改造后的 2-1 控制测量室

 

*)我所这项技术的研制成功,发展和充实了我国受控热核聚变工程和高压电器技术,促进了大能量电感储能脉冲电源的应用和高压直流输电的发展。这项技术今后随着受控热核聚变实验装置规模和能量的扩大,以及直流输电工程的规模发展,将进一步趋于完善。

 

高压强流直流人工过零开断技术及其应用真空断路器

1985年获中科院重大科技成果二等奖

1985年1月18日,周光召院长来所参加HT-6M运行典礼,并发表讲话。

 

1986年12月14-15日中国科学院HT-6M托卡马克装备鉴定会在我所召开

1986年12月“中国科学院HT-6M托卡马克装置鉴定会”在本所召开。HT-6M装置及其实验系统的科研成果受到与会专家的高度评价,认为HT-6M装置性能优良,可近性强,达到同类装置八十年代的国际水平。HT-6M的建成和运行,标明我所的受控核聚变研究水平又提升了一步,具有建造中型受控核聚变装置的能力,为今后建造大型核聚变装置培养了一支高水平的工程设计及物理实验的队伍。HT-6M装置及其实验系统获得中国科学院科技进步一等奖。

 

1988年9月22日严济慈先生来等离子体所调研