磁共振成像系统1.5T失超故障应急处理及失超管改造

磁共振成像系统是由磁体、梯度场线圈、射频场线圈、计算机系统及成像系统等多部件组成的先进医学影像诊断设备,医院现有5台磁共振成像系统。失超是指超导磁体由于某种原因使得磁体内部超导条件被破坏,储存在线圈里面的大电流,在形成电阻的地方迅速转化成热能,并使磁体里面的液氦大量蒸发的过程。一旦失超,就意味着需要重新加装液氦,做除冰、励磁、匀场等一系列安装调试过程。

二代高温超导带材失超特性研究

高温超导带材失超会降低其通流能力,从而影响高温超导装置的运行稳定性。目前,高温超导带材失超仿真模型多为二维计算模型,无法准确模拟其失超过程中的电磁热行为。该文采用有限元方法对二代高温超导带材失超特性进行多物理场耦合分析。在三维直角坐标系下,以磁场强度矢量为求解变量,建立了二代高温超导带材失超演化电磁热仿真模型,研究了二代高温超导带材长度方向与宽度方向在不同热扰动工况下的电磁热特性及其演化过程,分析了高温超导带材过电流失超过程中的各层分流状况与超导层电阻率变化行为,区分了不同类型的过电流失超行为,并提出了高温超导带材过电流冲击失超的电阻率判据。

点状热干扰源诱导的准各向同性高温超导股线失超特性

第二代高温超导带材因其较高的临界电流密度以及良好的机械特性,近年来在超导研究领域得到极大关注。由REBCO带材组成的高温超导导体在液氮温度下的零电阻特性使其在超导输电领域具有巨大的潜力。从安全角度看,高温超导导体的失超保护研究是其获得广泛应用的一个关键。该文建立了准各向同性超导股线的三维失超仿真模型,耦合了电场、磁场和温度场,模拟了不同运行电流以及不同点状热干扰能量下超导股线的失超行为,求解出股线的温度、电流密度以及磁场分布,得到了准各向同性高温超导股线的最小失超能(MQE)以及失超传播速度(QPV),对超导装置的失超保护具有重要意义。该文对准各向同性超导股线建立的三维失超模型,也可以应用到其他结构的高温超导导体的失超研究中。

基于多物理场耦合分析的超导耦合器失超过程研究

基于多物理场耦合分析方法,建立耦合器的一维失超过程模型,并解决材料物性和内热源中非线性因素对数值求解精度和稳定性的影响问题。结果表明,耦合器铌管靠近常温端的漏热是影响失超的关键因素,延长铌管与液氦接触部分的长度或采用更高RRR值的铌材,均可以有效降低铌管温度。为了保证施加电磁场后耦合器整体不发生失超,应控制铌管靠近常温端的漏热不高于5.18 W。当此部分漏热量随着时间的推移而失超时,失超传播速度和失超区域的占比受漏热增长率和漏热量的共同影响。发生失超后,控制漏热量的变化可以使耦合器重新恢复超导,延迟时间约为0.2 s。

托卡马克超导磁体失超电压探测技术

[目的]全超导托卡马克是稳态运行的基础,而及时、可靠的失超探测是保证超导磁体运行安全的关键所在,享有聚变装置安全的最高等级。[方法]文章综述了聚变磁体失超电压探测的方法原理和实现途径,简要概括了失超探测的研究进展和主要托卡马克装置所采用的失超探测方案,介绍了失超电压探测的基本原理和过程。并以全超导托卡马克实验装置(EAST)为例,分析失超电压探测的干扰来源及耦合机制,提出两级解耦补偿方案,并建立初级补偿优化分析模型和等离子体耦合干扰动态补偿机制。[结果]实测结果表明,该补偿方案能够实现99.9%以上的噪声抑制比,有效改善失超探测的信噪比和可靠性。[结论]建立的初级补偿优化分析模型和等离子体耦合干扰动态补偿机制可拓展至其他托卡马克装置,从而为未来聚变堆的失超探测设计和磁体安全运行提供必要积累。

高温超导电缆测温理论与失超检测研究

高温超导电缆由于具有容量大、损耗低,以及干扰小等优点在供配电系统中得到了广泛地应用,但是在使用中需要防止电缆发生高温失超现象影响电缆的稳定运行。本文主要对高温超导电缆分布式光纤测温理论和失超检测进行研究,为了能够准确测量电缆的分布式温度,需要避免电缆工作中受到的电磁干扰,否则会影响测量结果,不能及时发现高温超导电缆的失超现象,所以利用分布式光纤测量具有重要的意义。

基于混合式开关的超导磁体失超保护系统仿真研究

设计了一种基于混合式开关的新型失超保护电路。该电路采用二极管桥与IGBT组合实现电流双向流动,减少了开关数量需求,提高了可靠性;通过调节电路中能耗电阻值实现电流快速下降,提高了耗能速度,能更好完成超导磁体保护要求。采用等效电路的方式对失超保护过程中的多级换流和移能过程进行了分析,给出了保护动作逻辑和能耗电阻的阻值调节策略,并通过电路仿真进行了技术验证。

失超保护系统直流真空断路器开断换流分析

磁约束聚变装置的失超保护系统利用直流断路器快速切断超导磁体回路的电流,实现磁体能量的转移与释放,以保障磁体安全。随着超导磁体运行电流等级的不断提升,直流断路器的设计面临着巨大挑战。本文针对10 kV/100 kA的大容量失超保护系统设计,提出使用直流真空断路器作为开断电流的主保护开关,并详细分析了其开断换流过程。首先介绍了失超保护系统的拓扑结构和工作原理;然后具体分析了真空断路器在开断及换流阶段的数学方程,并依据开断可靠性理论,分别对换流回路、泄能回路与缓冲回路进行了计算和参数设计;最后开展了100 kA直流电流开断实验。研究结果表明,失超保护系统中使用真空断路器开断100 kA磁体电流具有理论和工程可行性,并通过实验验证了所设计的真空断路器样机能够有效开断100 kA电流,换流过程符合预期判断。本文的研究工作为大功率失超保护系统中的直流断路器设计提供了技术支撑。

合肥先进光源储存环超导纵向梯度弯铁样机研制

介绍了合肥先进光源储存环超导纵向梯度弯铁样机的研制工作,基于已发展的一种磁体结构参数优化方法,综合考虑磁场空间分布需求和超导线圈工作负载,完成了磁铁结构的设计和优化。为了验证磁体设计方案,应用一种矩形铌钛线材和DT4C电工纯铁材料,研制了一台纵向长度0.30 m、磁极间隙46 mm的磁体样机。并搭建了一套简易低温测试装置,对该磁体进行了励磁特性测量,经过10余次失超,测得磁体最大工作电流大于275 A。磁体纵向磁场分布测量结果表明,该磁体在约196 A工作电流下,纵向磁场积分值达到0.4 T·m,峰值磁场约4.5 T。测试结果与理论设计结果基本一致,表明该种超导磁体的设计是可行的。

基于直流超导限流器的超导带材实验研究

为进一步认识直流超导限流器中超导带材在直流短路电流下的超导特性及失超电阻的建立规律,对超导带材进行了直流电流冲击实验,测量了冲击电流作用下带材的失超电阻特性,得出了单位长度超导带材失超电阻与其产热量具有固定的函数关系。以此建立了长度可变的超导带材电阻及温升仿真模型,分析了超导带材发生不可逆损伤的原因,并实验验证该模型的可靠性。基于该模型,对5 kV混合型超导限流器中超导组件进行了设计,此方法对其他超导限流器的设计也具有较强的指导意义。

磁共振失超故障案例分析

1故障案例1.1故障描述磁共振MAGNETOM Aera失超,梯度和射频系统报错,液氦显示只有4%。1.2故障处理机器已失超,维修塔上部已被冷凝冰霜覆盖。失超管有大量白色浓雾泄漏,确定为氦气漏出。检查发现失超爆破膜未破损,失超阀的O形密封圈断裂。更换O形密封圈,装回失超阀,使用热枪将维修塔上的冰霜除掉,滤波器拆下检查正常。发现磁体压力已上升到黄色报警区域,升速稍快,不久维修塔又有冰霜凝结,磁体压力过高。把励磁接线端口Port A和励磁接线端口Port B拔掉,励磁接线端口Port C是给励磁电源识别磁体类型的端口,可不拔掉。

磁共振成像系统失超故障的分析与处理

通过实际案例分析的方式探究医用磁共振成像系统的失超故障,并设计针对性处理方案,以最大限度降低磁共振成像系统对病患和医护人员的伤害。对于此类故障需按照应急疏散、前期处理和后期处理的流程进行维护,以降低设备失超所造成的人员损伤与设备损坏。

超导磁储能系统的失超检测及保护综述

超导储能磁体的失超是超导电力设备技术实用化有待深入研究的一个重要问题。笔者综述了超导储能磁体的设备级失超检测及保护方法,并提出了参考性建议。

超导磁体失超检测电路的设计

超导磁体的失超检测与保护是超导电力技术实用化的一个重要课题。为了实现对超导储能混合磁体的失超检测与保护,本论文根据混合磁体的特点及结构,在现有有源功率检测的基础上,提出了一种针对超导混合磁体的电压校正电路,通过对混合超导磁体上产生的失超信号进行隔离、放大、滤波以及比较等,实现失超信号的检测。设计并完成了失超检测系统硬件电路的制作与调试。通过搭建高温超导线圈的实验装置,在高温超导储能磁体上进行失超检测的实验研究,得出了电压矫正前后的线圈电压波形。给线圈分别以不同速度充电,研究充电速度对阀值电压、失超的起始点及临界电流的影响。实验线圈电压波形表明,该失超检测系统能及时、有效地检测超导混合磁体失超的发生。

Bi2223/Ag和YBCO高温超导带材在交流过电流冲击下的失超及恢复特性研究

采用交流冲击实验装置测量了在不同交流过电流、持续交流工作电流及冲击时间情况下,不同散热条件下Bi2223/Ag和YBCO高温超导带材的电压、电流和温度随时间变化曲线,分析了冲击期间和冲击后带材各参数变化及失超恢复时间与散热条件和冲击参数的关系。研究结果表明:带材在交流过电流冲击下的失超和恢复过程主要取决于冲击能量和冲击过后带材内发热与散热的竞争效应。

高温超导带材的失超传播特性研究

对 Bi-2223/Ag 高温超导多芯带材在失超传播过程中的电压特性和温度特性进行了研究。测量了在液氮保护冷气氛(77K)环境下,零背景磁场时 Bi-2223/Ag 超导多芯带的纵向失超传播速度与传输电流的关系,并得到最小传播电流。同时采用有限元方法(finite element method,简称 FEM)模拟出超导体失超传播过程中由超导态过渡到正常态的温度变化行为。另外,比较了在相同传输电流、不同猝灭(失超) 能量下的失超传播特性。这对高温超导体磁体及电力系统中的应用有着重要的实际意义。

非均匀ReBCO超导带材失超传播特性的建模与实验研究

对非均匀ReBCO高温超导带材的失超传播特性进行研究。非均匀ReBCO带材模型主要分为4种情况:点缺陷含铜稳定层,点缺陷未含铜稳定层,域缺陷含铜稳定层,域缺陷未含铜稳定层。应用有限元方法,建立对应非均匀性的热分析物理模型,对非均匀ReBCO高温超导带材在失超过程中的热稳定性进行数值仿真,同时分析了缺陷长度与缺陷失超电流的关系。计算缺陷区域在失超过程中的最高温度,同时比较了4种非均匀样品失超传播速度。通过实验和模型计算结果相互对比,反映了相同的规律,研究结果对设定失超保护系统的电气参数有实际意义。

EAST极向场电源失超保护系统的设计及模拟实验

给出了EAST极向场磁体电源失超保护系统的设计方案,描述了两种失超保护开关——直流快速开关和爆炸开关采用的两级换流结构的设计和工作原理,分析了这种结构在换流过程中的规律,该结构有效地解决了开关开断直流大电流的难点。通过模拟实验证明了该失超保护系统满足设计要求。

FAIR超导二极磁体实验失超保护系统设计与分析

阐述了超导磁体线圈实验过程中采用的平衡桥路电压失超检测及保护方案,对超导磁体电压失超检测电路进行了分析,提出了平衡桥路失超电压检测法选取原则。

Bi2223/Ag带双饼线圈失超电压耦合补偿测试

为排除双饼线圈两端的自感电压对其失超信号的影响,把它降低到测量所允许的范围内,本文介绍双饼线圈外加补偿线圈的耦合测试原理和在此基础上制成的Ic测试装置。分别对研制的9个高温超导双饼线圈的Ic进行测试,获得非常好的实验结果,为将9个双饼线圈组合成磁体提供了依据。