HT-7Tokamak2007年春实验总结.ppt

HT 7Tokamak2007年春实验总结 装置运行2007 06 26 与装置运行相关的课题组 装置技术 课题 1 真空技术 2 技术诊断和超导保护 3 等离子体与壁表面相互作用 PSI 低温系统极向场电源系统总控与数据采集等离子体实验测量 诊断 低混杂波电流驱动 LHCD 离子回旋波加热 ICRF IBW 技术支撑 技术中心 水 电保障 本轮实验真空运行可分为三个阶段 3月6日至4月1日 托卡马克实验准备阶段 4月1日至6月5日 托卡马克实验运行阶段 4月1日至4月22日 装置壁处理 降温 各系统准备4月22日至6月5日 等离子体实验运行阶段 6月5日后 装置系统检测阶段 目前仍在进行中 真空运行准备阶段 3月6日启动 完成了内部改造和抽真空相关工作 4月1日封装置法兰开始抽气 投入真空排班运行 在等离子体放电前的壁处理 17天长时间的内衬烘烤45小时的感应烘烤和47小时的He GDC放电清洗 内真空极限真空进入了10 6Pa量级 经标定后的规管测得 外真空达到了好的10 4Pa量级 4月10日开始降温 4月22日开始等离子体放电调试 放电号 90121 6月5日结束等离子体放电调试 放电号 96467 真空课题组 实验准备工作 完成内部改造和抽真空相关工作 安装新的IBW天线 更换烧毁的热电偶 更换烧毁的石墨瓦 布设第一镜 协助完成了T S 活动限制器 CO2散射 光谱 核测量等窗口的调整 泵组及辅助系统的维护 包括泵 阀 供电 装置运行辅助系统的维护 如 烘烤 等 在等离子体放电前完成检漏和初步壁处理 为等离子体放电准备了必要的条件 在等离子体实验运行前期 4 22 5 13 的壁处理 根据需要改变烘烤温度和进行必要的壁处理 一般在夜间进行3 5小时He GDC 总计55小时He GDC 硼化 壁处理 在本轮装置运行中共进行了7次硼化实验 观察到硼化抑制了源于内真空室器壁的低Z杂质 例如 表现为残余气体中水汽的变化 水分压由硼化前的57 9 降到24 以下 同时通过硼化减少等离子体与金属壁的直接相互作用 改善等离子体放电期间的真空状况和壁条件 硼化 另外 还进行了ECR DC清洗 在弱磁场下He GDC清洗的可能性 氧化实验等壁处理实验 真空课题组 真空课题组 等离子体实验结束后的装置与系统测试阶段 真空巡检系统完善 低温泵性能摸索 分子泵抽速测量 各泵极限测量 充气阀门性能测量 外真空检漏以及内真空GDC 真空课题组 真空课题组 本轮实验较为圆满地完成了运行任务 规范化接入 拆离装置的操作 最大程度地减小了对等离子体实验的影响 内真空极限真空进入了10 6Pa量级 经标定后的规管测得 为等离子体放电提供了好的真空条件 规范了低温泵的状态监测和再生原则 更换 补充泵组 提高了外真空的应急能力 外真空排除了高场区的外漏 达到了好的10 4Pa量级 将两个规管标定到10 6Pa量级 以此为基准 对装置上所有电离规进行了比对 建立了更完善的压强分布测量系统 为运行提供了较为可靠的测量标准 为更好地监测内 外真空运行 发现 排除问题 补充了手段 建立了HT 7真空系统监测系统 提高了装置监测能力 编写了新的HT 7真空运行手册 重新整理了加热带烘烤 低温泵供电等线路 提高了装置运行安全性 真空课题组 真空课题组 开展的相关实验研究 HT 7主充气系统特征参数测量 加深了对现有系统的理解 在此基础上 对HT 7的密度反馈模式进行了探索性研究 并提出建议 定量比较了Laval喷嘴和常规充气的加料效率 得到初步结果 为未来加料系统的改进积累数据 规范化了硼化操作 尝试通过调整充气压强 气体比例 硼罐温升 抽气阀门开度 改善硼化过程中 尤其是后期 波耦合 为将来更好地开展射频硼化积累了数据 围绕硼化 开展了样品和膜厚研究 为深入理解硼化 以及未来的系统优化积累了数据 开展了ECR清洗技术尝试 初步观察到明显清洗效果 补充充气系统 为杂质注入提供条件 真空课题组 真空课题组 真空运行中的异常状态 4月11日 外漏 36帕 罗南昌 王义云是主要的组织实施人 他们连续工作于4月19日彻底排除 6月3日 失超 真空运行组给出预判 6月4日 外真空突然上升到1帕水平 外真空压强分布测量显示电流引线段是源 具体原因尚不明 内真空主要有 4月22日 2分子泵掉电 真空室返油 油分压达30 1小时D2GDC后 降到3 以下 未影响放电 5月22日 硼化后拆除膜厚仪时 由于设计问题 导致外漏达千帕 和当班Operator讨论后 通过GDC 烘烤 24小时恢复正常放电 真空课题组 真空课题组 存在的问题 外真空密封材料老化 随时会发生新的外漏 外真空内漏需要再次评估 外真空运行中的真空特性需要和低温配合 继续摸索 内外真空已发生泄漏 判断漏率约9Pa m3 s 内真空部分阀门 如气动探针 磁力传输杆的阀门均有10 5Pa m3 s的漏 内真空内部原件烘烤温度限制在180度 限制了烘烤壁处理的能力 内真空检漏发现的波纹管 水管 诊断法兰泄漏 涂胶排除后的处理 真空课题组 真空课题组 改进计划 外真空电流引线段监测 差分系统 壁处理充气 硼化加热 流量控制 6分子泵机组极限真空测量 低杂波分子泵组极限真空测量 需要修理的设备 仪器 两个150插板阀 差分系统气动插板阀 3机组 6机组旋片泵 低温泵阀门 5机组 真空课题组 真空课题组 装置安全组 HT 7装置上包括技术诊断 纵场电源供电和纵场线圈超导保护工作 主要负责如下任务 1 低温磁体温度 内外氮屏温度测量 2 24饼超导线圈温度拐点测量 3 装置磁体短路状况测量 4 部分真空室温度测量 5 纵场线圈电源供电 自动励磁6 纵场线圈失超保护及失超诊断工作 本轮实验调试及运行状况 在两个多月的运行时间里技术诊断系统 纵场供电系统和超导保护各个分系统运行正常 确保了装置的顺利运行 1 技术诊断和纵场供电和超导保护系统实验前准备和调试工作 包括109道温度采集系统测试 电源系统试运行 电机空载调试及超导保护模块测试2 电源系统老化部分的更新及电机维护 清洗和电刷更换3 本轮试验要求提供电流正向励磁 通过软件升级 完成实验中正向励磁要求 自动励磁系统工作稳定可靠 多次配合完成纵场扫描 电流稳定度达到0 5 4 本轮实验超导保护系统发生两次失超 一次低温系统出现故障 在快退磁过程中 另一次在外真空出现变坏后 超导保护系统都对电流做出保护切断 确保了装置安全 完成的工作内容 装置安全组 1 测真空室温度电脑已老化且硬盘存储空间过小 计划改成用测温表头直接进行温度显示 2 低温采集系统主机老化 长时间运行易造成主机温度过高 需要更新主机 3 失超保护诊断采集系统存在硬件老化 采集程序运行不稳定 使本轮发生失超后数据保存不正常 不能对失超线圈个数及先后进行准确判断 在实验暂停间隙已对失超保护诊断采集系统的硬件及软件全面更新 现在可以对各个线圈信号进行实时显示和正确的数据保存 4 本轮实验中出现两次外真空突然变坏的状况 一次没有快退磁大概5分钟后出现纵场失超 造成低温系统气体泄漏 建议增加 快速 退磁联锁保护 同时采用语音及报警提示总控值班人员 纵场已自动退磁 实验中出现问题及改进 计划 装置安全组 内部结构限制器涂层石墨瓦块的加工和更换2006年春季实验结束之后 于8月初打开内真空室对限制器石墨瓦进行观察和分析 并根据其烧蚀损坏和沉积等情况决定加工更换共56块石墨瓦 由于当时所剩石墨原材料不足以对所有损坏的瓦块进行重新加工 只能将部分棱边被腐蚀的瓦块进行打磨和重新涂层后继续使用 另外南段的小瓦靠近热点附近的两块略作改动 将瓦块加长 以更好地保护后面的不锈钢板 以石墨原料加工的瓦块 含小瓦 共58块 加上部分打磨 清洗后的瓦以及以前加工的限制器瓦块约30块 总共约80块送山西煤化所进行重新涂层 涂层分析检验合格后 重新全部装上 PSI课题组 W Cu活动限制器实验开展主动水冷W Cu限制器在HT 7等离子体辐照下的高热负荷及W杂质行为研究 以红外热像仪监测表面 多根热偶监测基体 评估沉积到此主限制器上的热流分布及其对部件材料和结构完好性的影响 本次实验首次安装并使用光谱仪监测铜基钨瓦活动限制器表面杂质的产生过程 1 热负荷分布与插入深度和各种等离子体参数的关系 2 托卡马克等离子体轰击对W涂层Cu基体部件的影响 3 检验各种诊断对W杂质分析的适用性 4 展开在等离子体辐照下W杂质的产生和传输行为的研究工作 PSI课题组 限制器热负荷研究利用红外热像仪结合热电偶温度对长脉冲运行下第一壁的温度分布进行直接测量和开展热负荷特性的研究 RF硼化下材料样品实验 涂层石墨材料 不锈钢材料 钼材料研究RF硼化在不同的基体材料 SiC C Mo SS 上的成膜特性以及不同基体材料上的硼膜腐蚀和再沉积特性 为EAST将来运行在全涂层石墨壁和钼限制器第一壁材料积累研究经验 存在问题及未来改进方案建议1 RF壁处理RF清洗 RF等离子体特性对清除效率影响 参数的优化 实时再循环控制 RF硼化 工艺过程的优化 参数选择 均匀性 2 内部结构的改造HFS环向限制器 不连续不锈钢热沉 连续的铜热沉 上下环向限制器 局部热沉变形 修复或更换及端头结构 极向限制器 可移动的 增加SOL区衰减长度适应高功率辅助加热 低温运行 4月10日至6月6日 低温共运行58天 为整个HT 7实验提供了可靠的保障 同时也在运行中培养了一大批新人 中间因HT 7外杜瓦漏停机了一次 因膨胀机及低温系统制冷机堵造成了中断放电几天 总得来说 我们圆满完成了这次运行任务 1 压缩机系统安全可靠稳定地运行 2 净化系统为输出高纯度氦气提供了良好的保证 3 冷却水系统安全稳定运行 4 系统出现故障时 相关人员能及时发现问题并解决问题 5 新来的同志在老同志的带领下 能迅速掌握相关操作 比如纯化器处理 液氮传输 膨胀机维修等 存在和出现的问题 1 系统老化 特别是膨胀机部件 出现进 排气阀门密封不严 轴承磨损及档位销磨损脱落等现象 2 新进人员较多 操作规程需要进一步完善 原因是系统经历了许多改进 3 遇紧急事件 新进人员的应变能力有待进一步提高 4 系统漏气无法避免 估计一天25方左右 主要原因是系统本身老化 各部件磨损厉害等 其中有两次气柜冒顶 一次是20 18 阀关不死 另一次是失超引起的 本次运行 共丢失氦气1775方 液氮消耗 513 88吨 低温运行 下一步要解决的问题 1 分析运行过程中出现的相关问题并加以解决 比如纯化器阻力大的原因 系统出现堵的原因 2 对所有4台膨胀机做更仔细的维护及保养工作 并加工相关备件 3 一些阀门的相关功能已不能正常工作 需进一步恢复 4 对真空系统进行维护 5 改善制冷机的相关测量 6 进一步修改并完善操作规程和更新流程图 7 加强人员培训 特别是处理紧急事件的能力培训 极向场电源系统 极向场电源控制系统改进和优化1 依据装置实验运行状况的分析 HT 7实验极向场电源系统对一般性故障在控制系统安全保护处理后重新复位到实验运行的初始状态 如HT 7实验极向场电源系统过流保护 等待下一次放电运行 2 在分析了电容器的充 放电过程后 将充电机的最高充电电压调整设置在约为3300V 原设置在约为6000 7000V 最低可设置约为2700V 装置实验一般极少超过2000V的电容器充电电压 这样即使在完全失控状态对HT 7装置和极向场电源系统应该都处在安全条件下 3 在程序运行时实调度信息的基础上优化控制系统 使其适合HT 7极向场电源控制要求 提高极向场电源分布式时实控制系统性能 HT 7极向场电源及控制系统基于EAST极向场电源系统的PS9 PS10两套电源串联为HT 7的加热场供电 标称350V 350V PS3 PS4 备用 两套电源串联 PS3为HT 7的垂直场供电 标称350V 1 垂直场极向场电源电流保护值设为7 5KA 2 加热场极向场电源电流保护值设为3 6KA HT 7的电容器组 偏磁场电源 垂直补偿场电源 水平场电源的控制由EAST极向场电源控制系统完成 此配套HT 7实验的极向场电源系统运行的稳定 可靠 没有出现因系统故障直接影响HT 7实验运行 系统基本满足HT 7实验的要求 极向场电源电源系统比较稳定 可靠 此轮HT 7实验运行期间的运行 极向场电源及控制系统运行的稳定性和可靠性有进一步的提高 除少数部件故障外 没有发生系统故障 极向场电源系统在HT 7实验中工作和运行状态正常 系统稳定 可靠 没有发生系统故障 完成了HT 7实验的要求 极向场电源系统 存在的问题 HT 7实验交流放电运行时装置测量诊断信号出现不正常干扰 经电源的电流 电压信号和控制系统运行状态等的分析 认为极向场电源系统工作 运行正常 电源系统采集的信号也是正常 未受干扰 确实发生的原因将与装置及相关系统分析 检查 HT 7实验运行过程中 特别在实验后阶段的长脉冲调试放电 频繁 有时连续多炮 发生加热场电源 PS9 PS10 极向场电源系统过流保护 加热场铁心饱和 充电机一些部件过于陈旧 缺少能直接更换的部件 出现过交流继电器 高压充电继电器故障 后续的工作和建议1 充电机一些部件过于陈旧 缺少能直接更换的部件 如高压充电控制继电器本来就是变通改造 需要进行较大的整修和改造 2 恢复15KVA水平场电源 1 HT 7实验水平场备用 2 HT 7实验的变通备用 即现在的水平场电源可以和偏磁电源变通使用 这些电源发生大一些的故障 恢复得时间比较长 会直接影响到装置实验的进行 3 基于EAST极向场电源系统加热场 垂直场电源系统与HT 7装置之间是属于临时连接供电母线和串接线 是否要规划的正式一些需确定 4 建议总控与极向场电源系统之间传输的信号实施完全光隔离 避免由系统电源因分布参数引起的影响 如 加热场电源 垂直场电源 水平场电源的输出控制信号 偏磁场电源 垂直补偿场电源 水平场电源的电流信号 总控与数据采集 1 采集系统本轮实验准备阶段恢复了HT 7数据采集系统 并且建立了新的分布式数据服务系统 由于磁盘阵列损坏采用硬盘存储代替 在实验过程中 整个数据采集系统运行基本正常 存在问题 在进行交流放电的过程中一部分信号受到干扰 干扰来源需要分析 建议用差分采集系统消除地线共模干扰 2 数据服务本轮实验数据服务系统没有进行较大修改 系统运行基本正常 只是在长脉冲运行方式下 信号的绘图起始点有异常 没有及时完全更新信号名表 3 密度控制系统 本轮实验中系统没有太大的改动 在实验初期由于计算机设备老化系统出现问题 更换了新设备后系统运行基本正常 存在问题 系统上下位机之间的通信容易引起阻塞 具体原因还不确定 4 总控中央时钟系统运行稳定 系统无较大的改进 由于硬件的限制 中央定时模块的计时范围有限 只能通过级连的办法延长计时时间 存在问题 在与极向场通信的过程 极向场控制系统经常无响应 必须重新启动极向场控制系统 如何协调不同操作系统之间的通信 是需要解决的问题 本轮实验中各个系统基本上都正常运行 改进的地方不多 设备老化问题严重 需要资金更新设备 总控与数据采集 5 极向场控制系统本轮实验中改进了控制过程数据的存储功能 为日后的控制算法研究积累经验数据 在交流运行模式下 极向场下位机运行不稳定 故障原因需要分析 希望在下轮实验中改进下位机的VxWorks系统启动方式 提高系统的可靠性 存在问题 在交流运行模式下 下位机系统不稳定 极向场控制系统到的信号与真实信号之间存在误差 极向场系统的文件服务器的时间 应和各个控制网内的控制机进行统一 6 数据刻录系统数据刻录系统 由于机器老化和系统中病毒等原因 刻录速度与前几轮实验相比减慢很多 由于数据服务系统变更为分布式系统 给取数据也造成了一定的复杂性 在下一轮实验中 拟考虑将数据刻录系统连入采集网减少跨网段给数据传输造成的影响 7 大屏幕显示系统大屏幕显示系统在实验准备阶段原有机器老化 不能正常工作 更换系统后正常运行 LHCD 2007春季HT 7的实验顺利完成 取得了令人满意的实验结果 实验中低杂波系统的正常稳定工作 保证了长脉冲 交流放电等相关实验的完成 在春季实验中低杂波天馈线系统 速调管系统 除了 10 12 高压源及其它辅助系统工作基本正常 功率检测可靠 反射保护稳定工作 陶瓷窗得到安全保护 相位控制系统 在12路速调管不工作之后以11为参考道 能可靠锁住相位 功率控制模式 多种交流放电模式 长脉冲DEF反馈模式 满足了相关实验的需要 本轮实验之前 低杂波系统进行了以下的准备工作 1对上一轮实验中不能出波的10号速调管进行恢复性测试 10号速调管是2006年4月份从俄罗斯新到的管子 在2006年HT 7实验中正常工作一段时间后不能出波 我们利用耐压测试仪对10号管作耐压测试 最后耐压能到27KV 低于正常水平 之后在系统高压源上进行尝试 冷高压的时候在几千伏就击穿了 只能放弃 2功率测量系统的定标 鉴于检波器件的性能在较长时间之后可能会发生一定的变化 我们每轮实验之前都要进行重新定标 从重定标的结果看 检波器性能几乎没有发生变化 LHCD系统自己采集的到功率是准确可靠的 送到总控的功率偏大 是由于我们的功率汇总电路放大器的放大系数比以前大了一点 从功率比较看 偏差10 左右 3过流保护系统测试 速调管过流保护系统对保护速调管的安全是至关重要的 实验前通过模拟的管体 主回路电流对过流保护器进行测试 保护器都能正常动作 4高压源系统的恢复和假负载测试 5微波前级系统 真空钛泵系统 磁场电流系统 水系统在实验之前都进行开机检查和较长时间的烤机测试 LHCD 实验主要内容总结1高功率实验 最高功率590KW 之后10支管子最高功率到560KW 2交流放电3长脉冲实验4长距离耦合实验实验中出现的问题总结1 12号速调管灯丝短路 不得不退出实验当时在开12号灯丝电源的时候 电压上到7V 就有很大的电流0 5A 正常的0 6V 在排除灯丝电源和灯丝变压器的问题以后 判断是灯丝短路 摘掉高压之后 检测确实是短路 2 水系统出现的问题水管喷水 一方面是水管的老化 另一方面是长时间连续工作 水温升高加速了水管的薄弱点破裂 水流量的急速降低 原因是速调管水冷毛细管被堵 进行管路反冲之后 冲出一些环氧板碎片和焊渣 冲过之后 水流量从3 8升到7 1T H 工作标准是9 6T