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2018年,中国科学院高能物理研究所正式发布了下一代大型粒子对撞机CEPC-SPPC的概念设计报告,确认了二期超级质子对撞机(SPPC)将采用100公里储存环、75-150TeV对撞能量方案,要求所用双孔径高场超导磁体的场强达到了12-24T。高场超导磁体具有运行电流高、储存能量大、价格昂贵以及维修困难等特点,因此对失超保护系统的要求更为苛刻,要求其对失超判断准确,保护及时可靠。本课题从高场超导磁体的失超模拟,失超保护系统的搭建两个方面对高场超导磁体的失超保护进行了研究。
开发了失超保护设计软件QPDH,将失超保护模拟流程化。QPDH的主要功能包括基于MIITs的失超分析、顺序有限元耦合失超分析和加热片延迟的计算,能够支持的失超保护方式包括泄能电阻保护、压敏电阻保护和加热片保护。在实际的磁体失超保护分析时,首先利用基于MIITs的失超分析快速评估磁体失超保护难度并对各种失超保护方式的效果有一个初步评判,随后利用顺序有限元耦合分析得到磁体在失超过程中的精确结果,包括电流的衰减、热点温升、端电压的变化以及温度分布等。
利用QPDH,分析了高场超导试验磁体LPF1失超后在不同失超保护延迟时间以及不同阻值泄能电阻保护情况下的电流衰减时间、热点温度及端电压等参数的异同,选择了最合理的失超保护方式。随后成功搭建了所设计的失超保护系统和数据采集系统,并在LPF1磁体整个低温测试过程中表现良好,成功地保护了超导磁体,保障了实验的顺利进行,测得失超过程中的线圈内部各处电压的变化与模拟值符合较好。
完成了高场超导试验磁体LPF2和LHC高亮度升级计划双孔径校正二极磁体的失超保护设计。利用QPDH,针对LPF2磁体的失超保护设计,选择了泄能电阻和加热片结合的失超保护方式,有效地将热点温度控制在了200K以下。
根据LHC高亮度升级计划的CCT型双孔径校正二极磁体的特点,建立了专门针对该类型磁体的失超分析模型,计算了该磁体利用泄能电阻和压敏电阻保护下的差别,并计算了失超过程中由于Quench Back效应所带来的影响。
完成了基于PLC的失超保护单元的桌面实验。通过失超保护单元的软件开发,搭建桌面仿真模拟平台,并进行PLC失超保护单元的硬件测试,所有功能均与设计一致。
开发了失超保护设计软件QPDH,将失超保护模拟流程化。QPDH的主要功能包括基于MIITs的失超分析、顺序有限元耦合失超分析和加热片延迟的计算,能够支持的失超保护方式包括泄能电阻保护、压敏电阻保护和加热片保护。在实际的磁体失超保护分析时,首先利用基于MIITs的失超分析快速评估磁体失超保护难度并对各种失超保护方式的效果有一个初步评判,随后利用顺序有限元耦合分析得到磁体在失超过程中的精确结果,包括电流的衰减、热点温升、端电压的变化以及温度分布等。
利用QPDH,分析了高场超导试验磁体LPF1失超后在不同失超保护延迟时间以及不同阻值泄能电阻保护情况下的电流衰减时间、热点温度及端电压等参数的异同,选择了最合理的失超保护方式。随后成功搭建了所设计的失超保护系统和数据采集系统,并在LPF1磁体整个低温测试过程中表现良好,成功地保护了超导磁体,保障了实验的顺利进行,测得失超过程中的线圈内部各处电压的变化与模拟值符合较好。
完成了高场超导试验磁体LPF2和LHC高亮度升级计划双孔径校正二极磁体的失超保护设计。利用QPDH,针对LPF2磁体的失超保护设计,选择了泄能电阻和加热片结合的失超保护方式,有效地将热点温度控制在了200K以下。
根据LHC高亮度升级计划的CCT型双孔径校正二极磁体的特点,建立了专门针对该类型磁体的失超分析模型,计算了该磁体利用泄能电阻和压敏电阻保护下的差别,并计算了失超过程中由于Quench Back效应所带来的影响。
完成了基于PLC的失超保护单元的桌面实验。通过失超保护单元的软件开发,搭建桌面仿真模拟平台,并进行PLC失超保护单元的硬件测试,所有功能均与设计一致。