中国科学院等离子体物理研究所电源及控制工程研究室

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EAST纵场电源课题负责人：许留伟

2018-06-13 浏览次数：1719

EAST-纵场电源系统介绍

（黄荣林编辑）

（1）系统介绍

纵场电源是EAST纵场超导磁体的励磁电源，它使EAST纵场超导磁体在等离子体中心产生稳定的、低纹波度的最大为3.5T的纵向主约束磁场。该约束磁场是一种闭合的环形磁约束系统，将提供强大的环向场(Bφ)与环电流产生的角向场(Bθ)合成为多重螺旋形磁场(B)来约束高温等离子体,同时其环向场还用来抑制等离子体的磁流体力学不稳定性。

（2）系统原理图

图1 纵场电源系统原理图

系统组成主要有：交流配电系统、交直流转换系统、失超保护开关及控制系统构成。由晶闸管相控变流器构成的交直流变换系统为EAST装置纵场磁体提供电流；直流快速开关和爆炸开关用于失超保护；控制系统用于电源的控制和测量。

交流配电系统组成：1台10 kV 开关柜，1台SCB10-1000kVA/10kV/0.4 kV干式变压器、一台400V低压配电柜、两台ZBSGS380/0.38多绕组整流变压器。

交直流变换系统组成：两套晶闸管相控变流器、电抗器组成。每套变流器采用带平衡电抗器的双反星形可控整流电路。两套双反星形可控整流器并联构成12脉波整流电源。

失超保护：

失超保护系统组成：6台主保护开关—直流快速断路器、2台后备保护开关—爆炸开关和1台失超保护控制柜组成。失超保护系统对整个托卡马克装置的安全运行非常重要，一旦磁体失超，它利用失超保护开关在20ms的极短时间内，启动失超保护系统，短时间内可以将储存在纵场磁体中达301.6MJ的巨大磁场能量迅速转移到移能电阻中释放。

（3）系统参数与性能

表1 EAST纵场电源基本参数和性能指标

（4）系统运行模式

纵场电源设计为长期稳态的单相限运行模式，低电压、大电流并能够长期可靠稳定运行是纵场电源的运行特点，同时电流励磁上升或退磁下降速度在允许范围内可调、励磁电流终值可任意设定是纵场电源的控制目标。过压、过流、短路、缺水、给定值偏差和电流不平衡等是纵场电源设计应该具有的基本保护功能。

纵场电源系统除具备上述基本保护功能外，还必须具备一个更重要的纵场磁体失超保护功能。EAST纵场超导磁体总贮能为301.6MJ（按额定电流为14.3KA计算），失超保护系统是在一旦检测到失超信号后，立即启动保护机构，将纵场线圈贮能快速地转移出去，使能量大部分消耗在外部移能电阻上，从而起到保护纵场超导磁体的目的。