磁鐵工作安全可靠2ISPB勵磁電流為1200A22GeV課件

1、BEPCII磁鐵系統(tǒng)運行總結(jié)及存在的問題 康 文、陳福三2013.8.2第1頁，共17頁。內(nèi)容 常規(guī)直流磁鐵運行情況 超導磁鐵及失超保護系統(tǒng)運行情況 注入沖擊磁鐵故障及原因分析 高流強運行可能存在的問題 磁鐵系統(tǒng)暑期檢修內(nèi)容第2頁，共17頁。一、常規(guī)直流磁鐵運行正常1、儲存環(huán)和輸運線上的所有常規(guī)直流磁鐵運行正常，由于暑期檢修期間對所有磁鐵的水電接頭進行過仔細排查以及每周進行例行檢查，常規(guī)磁鐵基本零故障運行；2、由于高能物理實驗的需求，BEPCII需要在高能量（2.2GeV）下運行，因此磁鐵系統(tǒng)對對撞區(qū)特種磁鐵和內(nèi)環(huán)主B鐵進行了考機實驗，結(jié)論如下， 1）三區(qū)和四區(qū)的兩臺ISPB工作電流升至120

2、0A（2.2GeV）后運行2小時，磁鐵冷卻水出水溫度最高32.6oC，溫升為6.6oC，磁鐵工作安全、可靠； 2）ISPB勵磁電流為1200A（2.2GeV）時，間隙磁場大約為4820Gs，磁鐵工作在線性區(qū)，不會出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象； 3）內(nèi)環(huán)主B鐵工作電流升至900.0A （2.2GeV）后工作2小時，磁鐵線圈表面溫度最高為33 oC，因此磁鐵工作安全、可靠。第3頁，共17頁。3、儲存環(huán)一、四區(qū)六極磁鐵故障排查 2012年12月BEPCII調(diào)束運行人員發(fā)現(xiàn)不同的六極鐵搭配是成功降低BER暗電流的關(guān)鍵，建議對儲存環(huán)一、四區(qū)六極磁鐵進行故障排除，因此磁鐵、電源和運行組相關(guān)人員聯(lián)合對一、四區(qū)六極磁鐵端電

3、壓進行了仔細測量，結(jié)果如下表所示，從端電壓看，沒有發(fā)現(xiàn)明顯異常。50A100AR1OS14.709.43R1OS44.689.39R1OS54.769.53R4OS14.689.40R4OS44.719.45R4OS54.709.42R3IS74.819.64R2IS74.689.38R4OS74.719.45R1OS74.699.40R4OS64.719.44R1OS64.729.47第4頁，共17頁。二、超導磁鐵及失超保護系統(tǒng)運行情況失超保護系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析從2012年6月至現(xiàn)在，發(fā)生失超報警35次，其中2013年4月16日至5月29日期間發(fā)生17次失超報警。失超原因包括：電源故障或不明原因的

4、跳閘：22次低溫系統(tǒng)故障：6次控制系統(tǒng)故障：2次束流丟失：4次電網(wǎng)掉電：1次失超保護系統(tǒng)暑期檢修及備件暑期停機期間對系統(tǒng)進行檢修和數(shù)據(jù)備份從BNL購置一套備用失超探測器完成板卡檢測、系統(tǒng)組裝及運行測試，與BNL溝通解決發(fā)現(xiàn)的一些問題。新購買失超監(jiān)控系統(tǒng)服務器，并完成系統(tǒng)配置工作第5頁，共17頁。1、故障現(xiàn)象 2012年11月20日，負電子環(huán)沖750mA后，四區(qū)E-K2真空開始變壞，真空計和離子泵電流變化一致，數(shù)據(jù)可信；高流強下，真空急劇惡化，引起真空閥門保護動作。三、注入沖擊磁鐵（E-K2）故障及原因分析第6頁，共17頁。 現(xiàn)場打開kicker磁鐵真空箱后觀察結(jié)果如下，真空箱兩側(cè)端部無局部過熱

5、痕跡上游側(cè)陶瓷板、膜層、電流板未發(fā)現(xiàn)明顯異常下游側(cè)陶瓷板、膜層未發(fā)現(xiàn)異常，但束流外側(cè)電流板中部有明顯的帶狀黑色印跡，在其下游同步光擋塊外側(cè)也看到有同樣的印跡。7相機拍攝效果問題，自然光下該印跡為深顏色約5mm 與上次E-K2發(fā)生的故障相比，磁鐵冷卻水出水溫度并沒有異常波動，但是為了排除真空故障，還是決定用新研制的備用磁鐵更換E-K2磁鐵。2、原因排查第7頁，共17頁。拆開端部兩個大法蘭，并未發(fā)現(xiàn)上次故障時的過熱灼燒痕跡。8束流束流第8頁，共17頁。從高壓端一側(cè)用萬用表測量四塊陶瓷板鍍膜電阻： 總電阻=15， （原電阻=3.55+3.696+3.98+3.66=14.886 ）9束流逐塊測量結(jié)果

6、（兩塊表兩次測量）： -3.79/3.8 -4.07/4.1 -3.63/3.7 -4.10/4.1 -15.59/15.7 四塊陶瓷板鍍膜總電阻變化不到1，說明膜層基本完好無損。第9頁，共17頁。10 用電子放大鏡觀察膜層外觀，也未發(fā)現(xiàn)上次故障時的水印花紋等膜層斷裂現(xiàn)象。2011年損壞換下來的陶瓷板鍍膜上的水印花紋2011換上之后，使用一年半之后的鍍膜典型外觀細節(jié)第10頁，共17頁。 外側(cè)電流板有同步光掃過的痕跡，在下游段同步痕跡逐漸變寬至5mm，顏色變深，用綢布用力蹭可以擦下來黑色粉末。11下游段束流中游段第11頁，共17頁。 黑色粉末的成分通過高分辨率電鏡能譜分析結(jié)果如下，主要是碳（C）

7、，并沒有陶瓷板膜層材料中的硼硅酸鉛和氧化釕的成分，再次說明磁鐵真空變壞與陶瓷板膜層無關(guān)。12元素成分原子核百分比質(zhì)量百分比C76.89%42.31%O 3.93%2.88%Fe2.85%7.29%Cu16.33%47.53%100%100%第12頁，共17頁。13下游段束流 當然從更換上沖擊磁鐵備件后，儲存環(huán)再次沖700mA流強時，沒有再出現(xiàn)真空故障來看，更換下的沖擊磁鐵確實存在問題。但到底是什么問題目前尚不清楚，唯一的線索是外側(cè)電流板下游端和相鄰的同步光擋塊外側(cè)的黑色帶狀附著物?？梢源_定高流強引起的kicker真空變差首先發(fā)生在磁鐵下游端，黑色附著物可能是真空變差后同步光導致的CO2還原反應

8、造成的。第13頁，共17頁。 目前已將磁鐵所有部件徹底清洗，并更換新制作的鍍膜陶瓷板，然后對磁鐵進行了重新組裝，作為備用沖擊磁鐵隨時待命。3、采取措施第14頁，共17頁。 1、更高能量（2.33GeV）磁鐵系統(tǒng)工作的可能性 1）四極磁鐵進入非線性區(qū)域，磁場質(zhì)量可能變差，勵磁效率變低； 2）其他磁鐵工作在線性區(qū)域，只需關(guān)注溫升等情況； 3）所有磁鐵的勵磁電流需提高，需要確認電源能否提供。 4）需要堅持例行檢查、及時排除線圈漏水和短路等隱患。 2、注入沖擊磁鐵在高流強下可能會發(fā)生故障，到目前為止總共發(fā)生過3次故障，都是下游K2發(fā)生的故障，很可能與注入束流有關(guān)。采取的措施， 1）主動措施：調(diào)束運行時盡量不要在注入?yún)^(qū)頻繁丟束； 2）被動措施：準備好備件，隨時準備更換。四、高能量高流強運行時可能存在的問題第15頁，共17頁。 1、儲存環(huán)和輸運線磁鐵檢修 1）磁鐵接線端子是否松動、線圈之間或線圈匝間是否有短路； 2）線圈冷卻水管是否有滲漏，通電后線圈溫度是否正常； 3）插入件大梁運動絲桿除銹并涂潤滑油； 4）注入沖擊磁鐵冷卻水路及流量開關(guān)檢查。 2、直線加速器四極透鏡線圈維修 直線加速器末端有3臺四極透鏡的線圈端子由于年久失修已脫落，目前磁鐵無法供電工作，線圈端子修復需要請通用運行部及工廠的人員對磁鐵進行拆裝。 3、超導