降溫調(diào)試實(shí)驗(yàn)操作步驟初稿

1、降溫調(diào)試實(shí)驗(yàn)操作步驟初稿(供討論修改)武玉2005-7-302004年2月9日萬(wàn)元熙總理在EAST的工作會(huì)議上提出在EAST裝置總裝基本完成的條件下進(jìn)行裝置整體降溫與通電實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜缦拢?完成所有低溫傳輸、超導(dǎo)傳輸、內(nèi)外冷屏、冷質(zhì)部件支撐系統(tǒng)、真空系統(tǒng)與制冷機(jī)，縱場(chǎng)磁體、極向場(chǎng)磁體系統(tǒng)集成之后的降溫，檢驗(yàn)各個(gè)系統(tǒng)的工作狀況； 獲得降溫過(guò)程和降溫之后托卡馬克各系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)如：各重要支路的流阻，壓降；各重要部件熱負(fù)荷及溫度分布；重要磁體和部件的位移和應(yīng)力等； 檢驗(yàn)全部放電系統(tǒng)的工作狀況，獲得判定可否安全升級(jí)放電的重要系統(tǒng)性能參數(shù)，如：接頭電阻，耐壓性能，可能的渦流和電動(dòng)力及其影響等等；

2、測(cè)量主要磁場(chǎng)系統(tǒng)的對(duì)稱(chēng)性及其雜散場(chǎng)和性質(zhì)，確定裝置的最重要工程參數(shù)，如：大半徑及縱場(chǎng)磁體對(duì)稱(chēng)軸位置，極向場(chǎng)赤道面位置等； 現(xiàn)在總裝和各子系統(tǒng)工作進(jìn)展順利，2005年9-10月之間開(kāi)始實(shí)驗(yàn)的基本條件有可能具備。為了實(shí)驗(yàn)工作開(kāi)展的條理性、計(jì)劃性，實(shí)驗(yàn)前制訂降溫調(diào)試實(shí)驗(yàn)操作步驟，希望實(shí)驗(yàn)期間各子系統(tǒng)工作能夠按照預(yù)訂的方案有條不紊的進(jìn)行。按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康募把b置總裝和各子系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)度，實(shí)驗(yàn)主要包括如下幾個(gè)過(guò)程: 各子系統(tǒng)工作匯報(bào)和初步驗(yàn)收，室溫通電，裝置抽真空及外部漏率檢測(cè)，裝置氦回路吹除和氦各部分漏率的確定，裝置降溫，裝置通電，裝置回溫。實(shí)驗(yàn)步驟安排如下：1. 子系統(tǒng)工作匯報(bào)和初步驗(yàn)收 裝置抽真空前一個(gè)星

3、期，組織一次實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備會(huì)議，首先介紹實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各項(xiàng)工作安排、分工、主機(jī)及分系統(tǒng)值班排班情況；重點(diǎn)是總裝安裝以及與本次實(shí)驗(yàn)相關(guān)的所有子系統(tǒng)工作匯報(bào)和書(shū)面工作總結(jié)，關(guān)系密切的主要子系統(tǒng)：真空、低溫、技術(shù)診斷、電磁測(cè)量、極向場(chǎng)電源、縱場(chǎng)電源以及常規(guī)水、電、壓縮空氣、去離子水等。每部分的內(nèi)容應(yīng)包括設(shè)備安裝就位情況、調(diào)試情況，系統(tǒng)控制部分軟、硬件的調(diào)試情況；希望每個(gè)子系統(tǒng)給出書(shū)面報(bào)告，明確提出已達(dá)到滿(mǎn)足降溫、通電實(shí)驗(yàn)的部分，實(shí)驗(yàn)前還有待完善工作需要的時(shí)間和條件，必須在實(shí)驗(yàn)中調(diào)試和完善的工作需要的條件和時(shí)間。 實(shí)驗(yàn)期間每個(gè)子系統(tǒng)及運(yùn)行負(fù)責(zé)人應(yīng)認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn)記錄，計(jì)算機(jī)電子文檔和記錄本同時(shí)使用。2.

4、 室溫通電希望磁體在室溫下快速勵(lì)磁，較短時(shí)間（秒量級(jí)）內(nèi)通電2kA，通過(guò)電磁測(cè)量確定磁體的安裝對(duì)稱(chēng)性等；但由于TF磁體由16線圈組成，電感2.91525H，室溫電阻2.24，現(xiàn)有的電源電壓不能使TF磁體達(dá)到預(yù)期的電流及磁場(chǎng)值。下表為T(mén)F在室溫時(shí)各種電源可以提供的最大電流及磁場(chǎng)。由于電機(jī)的供電母排也未延伸到8-1 EAST裝置，是否使用TF或PF電源為磁體室溫通電可能還需要與電磁測(cè)量組討論；如果使用電機(jī)電源，這需要工程指揮部盡快做出決定，安排母排安裝。電源最大輸出電壓TF最大電流最高場(chǎng)中心場(chǎng)20V（TF電源）9A36.5Gauss22Gauss700V（PF電源）312.5A1267Gauss7

5、65Gauss2000V（電機(jī)）893A3622Gauss2186Gauss3. 抽真空階段 總裝完成后，對(duì)裝置進(jìn)行仔細(xì)檢查：l 各窗口密封正常，不同溫區(qū)部件沒(méi)有接觸點(diǎn)。l 技術(shù)診斷及其它測(cè)量，測(cè)量元件工作狀態(tài)正常。l 各個(gè)磁體，超導(dǎo)傳輸線，電流引線，電位引線等對(duì)地絕緣測(cè)量結(jié)果滿(mǎn)足要求。滿(mǎn)足以上條件后開(kāi)始抽真空。1) 裝置粗抽裝置主機(jī)及電流引線閥箱真空是分離的，分別用機(jī)械泵對(duì)2部分同時(shí)進(jìn)行粗抽，分別用電阻規(guī)測(cè)量各自的真空，真空度測(cè)量結(jié)果最好能用計(jì)算機(jī)采集。觀察真空下變化的速度，循查裝置各密封面，確定是否存在大漏；如果有大漏用氦質(zhì)譜儀或其它方法按以下序列查找：真空機(jī)組及回路-裝置外表面-冷屏-傳

6、輸線-磁體查找。如果漏在外部先修補(bǔ)，然后繼續(xù)檢漏，直至真空變化正常；裝置內(nèi)部氦系統(tǒng)應(yīng)該不存在大漏現(xiàn)象。從裝置抽真空開(kāi)始，技術(shù)診斷系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，并對(duì)各測(cè)量信號(hào)、數(shù)據(jù)采集模塊、采集通道、采集卡、恒流源、采集軟件等進(jìn)行調(diào)試和維護(hù)，盡量避免在降溫和通電時(shí)缺少必要的信息或錯(cuò)誤信息。2) 啟動(dòng)分子泵機(jī)組，真空達(dá)到10-1Pa-10-2Pa量級(jí)測(cè)量：A.測(cè)量各對(duì)地絕緣B.裝置外部系統(tǒng)檢漏，及裝置室溫總體漏率的確定。對(duì)裝置2部分分別用氦質(zhì)譜檢漏儀檢測(cè)其總體漏率，把標(biāo)準(zhǔn)漏率儀器分別安裝在裝置離真空抽口的最遠(yuǎn)端和最近端，比較漏率測(cè)量值。準(zhǔn)備好殘余氣體分析儀的使用，預(yù)留用于安裝殘余氣體分析儀的窗口，為防止裝置真空達(dá)

7、不到儀器真空的要求，為殘余氣體分析儀準(zhǔn)備輔助抽氣機(jī)組。滿(mǎn)足裝置可能出現(xiàn)的氦本底過(guò)高時(shí)，判定漏口的位置和漏氣的種類(lèi)。4. 吹除過(guò)程 吹除的主要工作是用純度高的氦氣連續(xù)流過(guò)氦回路，帶走氦管道、導(dǎo)體內(nèi)空氣或其它殘留物，并通過(guò)外部純化設(shè)備分離出氦以外的雜質(zhì)氣體。同時(shí)裝置內(nèi)部各部分，內(nèi)冷屏、外冷屏、冷屏底板及頸段、各閥箱及傳輸段、TF磁體、線圈盒、PF磁體，依次在不同氦氣吹除壓力下測(cè)量其總體漏率。1). 雜質(zhì)氣體吹除 用純度高的氦氣連續(xù)流過(guò)氦回路，測(cè)量氦氣進(jìn)口的純度和出口氦氣的成份，通過(guò)比較確定各部分吹除效率及需要的吹除時(shí)間，決定磁體系統(tǒng)是否用抽氣方法加快雜質(zhì)氣體的排除。2). 吹除過(guò)程中氦回路控制閥門(mén)

8、的調(diào)試，各種回路流阻測(cè)試和比較。3). 安排吹除順序，對(duì)各部分測(cè)量室溫總漏率。 裝置在完成外部檢漏，漏率達(dá)到氦質(zhì)量譜儀高靈敏檔10-8Pa*m3/S以上，真空在10-2Pa量級(jí)，裝置開(kāi)始低溫回路吹除，同時(shí)進(jìn)行漏率測(cè)量。其順序如下：氣體純度測(cè)量10bar5bar20bar內(nèi)冷屏 漏率滿(mǎn)足要求 漏率滿(mǎn)足要求 漏率滿(mǎn)足要求 10bar5bar20bar外冷屏 漏率滿(mǎn)足要求 漏率滿(mǎn)足要求 漏率滿(mǎn)足要求20bar5bar 10bar冷屏底板等 漏率滿(mǎn)足要求 漏率滿(mǎn)足要求 漏率滿(mǎn)足要求 20bar10bar5bar閥箱及傳輸段 漏率滿(mǎn)足要求 漏率滿(mǎn)足要求 漏率滿(mǎn)足要求10bar5bar20barTF磁體

9、漏率滿(mǎn)足要求 漏率滿(mǎn)足要求 漏率滿(mǎn)足要求10bar5bar20bar線圈盒 漏率滿(mǎn)足要求 漏率滿(mǎn)足要求 漏率滿(mǎn)足要求10bar5bar20barPF磁體 漏率滿(mǎn)足要求 漏率滿(mǎn)足要求 漏率滿(mǎn)足要求氣體純度測(cè)量當(dāng)內(nèi)部檢漏結(jié)束,出口氣體的純度滿(mǎn)足運(yùn)行要求(氣體純度值?各成分含量值?)，裝置開(kāi)始降溫，實(shí)驗(yàn)進(jìn)入降溫階段。5. 裝置降溫 降溫是此次實(shí)驗(yàn)的主要目的之一，整個(gè)過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，不僅對(duì)整個(gè)裝置各部分設(shè)計(jì)、加工、安裝、流程安排、流量控制等方面的質(zhì)量驗(yàn)收，也為今后運(yùn)行積累經(jīng)驗(yàn)。在降溫過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)一些意想不到的情況，每個(gè)子系統(tǒng)應(yīng)認(rèn)真關(guān)注裝置每天狀況的變化，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后及時(shí)匯報(bào)。 1）. 真空系統(tǒng)應(yīng)關(guān)注

10、的問(wèn)題 在降溫開(kāi)始階段，真空度越來(lái)越高，隨著冷屏溫度由300K80K，裝置的真空10-2Pa10-4Pa（10-5Pa）。A. 隨著真空的變化注意各真空測(cè)量?jī)x器的測(cè)量范圍，調(diào)整設(shè)備，爭(zhēng)取能夠準(zhǔn)確得到各點(diǎn)真空值。B如果真空變差，應(yīng)立即排查。排查的順序大致為：冷屏溫度變化，真空機(jī)組工作狀態(tài)，外部有漏，以上原因引起的真空的變化對(duì)氦檢漏儀漏率影響不大。在排除外部空原因后，檢查各氦路系統(tǒng)；可以通過(guò)不同的氦路分別加壓和降壓的辦法排查。如果氦系統(tǒng)漏率較大，可能導(dǎo)致氦質(zhì)譜檢漏儀即使在真空閥開(kāi)度較小時(shí)也超量程，此時(shí)使用殘余氣體分析儀。如果真空變化較快，10-4Pa10-2Pa-10-1Pa，應(yīng)立即通知值班負(fù)責(zé)人

11、，確定是否暫停分子泵機(jī)組；如果漏孔不能確定或不能及時(shí)修補(bǔ)，應(yīng)決定是否暫停裝置降溫。C. 在真空正常狀態(tài)下，應(yīng)每4小時(shí)測(cè)量一輪裝置的總體漏率，并作詳細(xì)記錄。記錄內(nèi)容：時(shí)間，冷屏進(jìn)出口壓力，冷屏進(jìn)出口溫度，磁體進(jìn)出口壓力，磁體進(jìn)出口溫度，裝置真空,測(cè)量位置，測(cè)量值。2). 技術(shù)診斷A. 測(cè)量和采集的準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)容易檢索和顯示，數(shù)據(jù)及時(shí)存儲(chǔ)。技術(shù)診斷及低溫系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)是裝置降溫控制的基礎(chǔ)，錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的判斷和盲目的運(yùn)行控制。由于裝置是第一次降溫，不存在可以比對(duì)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，裝置內(nèi)每一個(gè)測(cè)量元件應(yīng)該說(shuō)都不是多余的；因此希望能夠得到每個(gè)測(cè)量元件的正確值。雖然我們已在此方面做出很多努力，但根據(jù)以往

12、其它裝置的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，我們的采集系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性還是經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題，裝置在運(yùn)行過(guò)程中還要對(duì)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)的分析和比較，對(duì)采集數(shù)據(jù)的誤差及時(shí)調(diào)整。造成測(cè)量誤差和錯(cuò)誤的原因有很多方面，在裝置內(nèi)部：測(cè)量元件的標(biāo)定誤差或損壞、元件物理特性的穩(wěn)定性、安裝偏差、測(cè)量線短路；裝置外部：線與插座的連接、線的屏蔽、接地狀況、恒流源或恒壓源的穩(wěn)定性及精度、信號(hào)調(diào)理模塊的穩(wěn)定性、采集通導(dǎo)的穩(wěn)定性、采集板的穩(wěn)定性和精度、采集程序的正確性等。通過(guò)相互比對(duì)和分析，如果確定某一數(shù)據(jù)有誤，按照先裝置內(nèi)部再查裝置外部的順序逐一排查和修正。如果確定錯(cuò)誤是出現(xiàn)在裝置內(nèi)部，應(yīng)該及時(shí)注銷(xiāo)此測(cè)量，并作記錄，免得提供錯(cuò)誤信號(hào)。此外

13、采集系統(tǒng)還要對(duì)其采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存、顯示、傳輸和檢索。由于采集通道多、采集時(shí)間長(zhǎng)，每天都要對(duì)采集系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存，特別要注意不能丟失數(shù)據(jù)。B. 絕緣測(cè)量，各部件短路測(cè)量，位移測(cè)量。降溫過(guò)程注意對(duì)裝置磁體、導(dǎo)體、傳輸線的對(duì)地測(cè)量，裝置低溫部件由于降溫收縮引起的位移，冷屏與線圈盒或其它部件相互間是否接觸。通過(guò)應(yīng)力-應(yīng)變測(cè)量確定關(guān)鍵部件的熱應(yīng)力。3). 低溫A人員培訓(xùn)EAST是個(gè)全新的裝置，4.2K 2kW制冷機(jī)系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)最大的低溫制冷系統(tǒng)，除制冷機(jī)外裝置的控制閥門(mén)多，流程復(fù)雜，且降溫過(guò)程控制的復(fù)雜性遠(yuǎn)大于低溫維持階段。由于整個(gè)低溫系統(tǒng)龐大，回路復(fù)雜，運(yùn)行控制精確度要求高，參加運(yùn)行人員多；建議

14、在實(shí)驗(yàn)前根據(jù)崗位要求，對(duì)參加運(yùn)行人員進(jìn)行培訓(xùn)，根據(jù)其它裝置運(yùn)行情況和考核結(jié)果合理配置每個(gè)運(yùn)行班組負(fù)責(zé)人和參加人。B溫度控制等 降溫開(kāi)始后，各塊冷屏與各磁體回路可以同時(shí)降溫，各系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)格控制進(jìn)出口溫差。每個(gè)磁體允許的最大溫差為50K，考慮到溫度較高時(shí)溫度測(cè)量誤差和控制系統(tǒng)的波動(dòng)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)最好維持在45K上下。各部分的最大流量取決于低溫系統(tǒng)總供氣量、進(jìn)口最大的允許壓力（20atm）、各部分流量的分配；在進(jìn)出口溫度一定的條件下，降溫速度主要取決于制冷機(jī)能力，總流量，流量分配。降溫過(guò)程的控制不同于低溫維持狀態(tài)下低溫回路的控制，在降溫開(kāi)始階段一些過(guò)冷槽的功能是否能夠正常發(fā)揮還待實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。如果在磁體回路

15、中有串聯(lián)回路并在回路中間加過(guò)冷冷卻（如PF1、2、3、4、5、6、13、14與PF7、8、9、10、11、12之間），降溫過(guò)程可能要加以特別關(guān)注；冷屏回路的過(guò)冷槽是液氮槽，通過(guò)溫度及液面測(cè)量應(yīng)該較容易控制到運(yùn)行要求，但運(yùn)行人員應(yīng)該清楚控制的目的、方法，在過(guò)程中及時(shí)做出狀態(tài)的調(diào)整和系統(tǒng)控制。4). 溫度分布及裝置熱負(fù)荷裝置各部分達(dá)到預(yù)期溫度后，根據(jù)溫度測(cè)量值確定各低溫部件的溫度分布；根據(jù)冷卻流體溫度、壓力、流量值確定各部件熱負(fù)荷及其它熱工-水力性能。一方面與設(shè)計(jì)要求相比較，另一方面為未來(lái)運(yùn)行或改進(jìn)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。6. 磁體通電 裝置的所有冷質(zhì)部件達(dá)到預(yù)期的溫度分布，電流引線，超導(dǎo)傳輸線，各個(gè)磁體的

16、冷卻流體參數(shù)（壓力、溫度、流量）可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行在設(shè)計(jì)值，實(shí)驗(yàn)進(jìn)入磁體通電階段。通電前裝置除滿(mǎn)足低溫條件外，還要檢查系統(tǒng)的絕緣狀況，真空的穩(wěn)定性，總體漏率，關(guān)鍵部件的熱應(yīng)力，電源控制的穩(wěn)定性和失超保護(hù)開(kāi)關(guān)、移能電阻等設(shè)備的可靠運(yùn)行等。在磁體通電前各相關(guān)子系統(tǒng)進(jìn)行一次工作匯報(bào)和運(yùn)行狀態(tài)檢查，由EAST工程指揮部決定磁體通電的時(shí)間和方式。磁體通電主要可能有4個(gè)方面的內(nèi)容：各磁體系統(tǒng)失超保護(hù)橋路的平衡調(diào)節(jié)，各個(gè)超導(dǎo)接頭的電阻測(cè)量，通電時(shí)磁體及相關(guān)部件的電磁力、熱工-水力參數(shù)的變化，通過(guò)電磁測(cè)量確定磁體的安裝對(duì)稱(chēng)性等。1). TF磁體通電TF磁體由16線圈組成，電感2.91525H，縱場(chǎng)電源，其最大

17、輸出電壓20V；TF磁體勵(lì)磁的速度估計(jì)在5A/S左右。首先為失超保護(hù)組提供2-3次勵(lì)磁，電流的升降速度和幅值由失超保護(hù)組確定。完成失超保護(hù)橋路平衡調(diào)節(jié)后，磁體正式通電，電流以階梯狀上升，比如在4kA、8kA、10kA、12kA各停留300S，一方面測(cè)量接頭電阻，另一方面觀察磁體、超導(dǎo)傳輸線、電流引線等力學(xué)狀況、熱工-水力參數(shù)等。磁體最大電流根據(jù)各子系統(tǒng)的工作狀態(tài)而定。由于是第一次降溫通電，我們對(duì)裝置的總體性能和各子系統(tǒng)的性能還沒(méi)有完全熟悉和掌握，為裝置安全考慮，建議磁體最大電流在10kA-12kA之間。磁體達(dá)到最大電流后可以停留數(shù)小時(shí)，在此期間進(jìn)行裝置的電磁測(cè)量。磁體通電期間，各系統(tǒng)運(yùn)行人員應(yīng)嚴(yán)守崗位，任何異?，F(xiàn)象以及狀態(tài)向不良方向發(fā)展的趨勢(shì)應(yīng)及時(shí)向磁體運(yùn)行負(fù)責(zé)人報(bào)告。2).PF磁體通電 PF磁體通電目的和方式與TF磁體相當(dāng)，裝置共有14個(gè)PF磁體，其中PF7和PF9、PF8和PF10串聯(lián)供電，12對(duì)電流引線，分12次勵(lì)磁。每個(gè)磁體的電流升降速度、最大勵(lì)磁電流根據(jù)各分系統(tǒng)及裝置本身的狀態(tài)而定。PF快速磁體通電時(shí)應(yīng)特別關(guān)注相關(guān)部分的熱工-水