T∕CPSS 104.4-2026 磁约束聚变装置电压源型磁体电源系统通 用技术规范 第4部分：试验

团准磁约束聚变装置电压源型磁体电源系统通用技术规范第4部分：试验2026-08-20发布2026-08-20发布T/CPSS104.4—2026 Ⅱ Ⅲ 1 13术语和定义 14试验要求 2 2 34.3负载特性 35电压源型磁体电源设备出厂试验 35.1试验项目 35.2试验方法及验收准则 36电压源型磁体电源系统集成试验 196.1试验项目 6.2试验电路 6.3系统集成试验方法及验收准则 7安全防护及注意事项 附录A(规范性)电压源型磁体电源设备出厂试验 Ⅱ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规本文件起草单位：中国科学院合肥物质科学研究院、聚变新能(安徽)有限公司、核工业西南物理Ⅲ——第1部分：总则。目的在于确立磁约束聚变装置电压源型磁体电源系统的组成与功能、技术要——第4部分：试验。目的在于确立磁约束聚变装置电压源型磁体电源设备出厂仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本GB/T16927.1高电压试验技术第1部分：一般定义及试验要求利用强磁场将高温度和高密度等离子体约束足够长的时间而产生核聚变反应的装置，如托卡马克、仿星器、反场箍缩等。[来源：GB/T4960.9—2013,2.1.1,有修改]电压源型磁体电源系统voltagesourcemagnetpowersupplysystemPWM整流器pulsewidthmodulationrectifier]2采用脉宽调制(PWM)技术控制功率开关器件(如IGBT、IGCT)通断，使交流侧输入电流正弦化且与电网电压相位可控，从而实现单位功率因数运行、低谐波污染及能量双向流动的交流/直流变流装置。由4个功率器件组成的形状类似于字母H的桥式电路，电压和电流输出均可实现正、负两个方向，[来源：GB/T2900.33—2004,551-12-36,有修改]对于绝缘耐压试验，宜采用工频试验电压，试验频率按相关标准控制在工频范围内。高压设备按直流隔离开关等)应在组装前通过出厂符合性试验。34.2.1环境条件a)环境温度：10℃~35℃;b)相对湿度：30%～85%,且不应出现凝露；幅值允差用于磁体电源试验的负载应满足试验所需的等效电感、电流容量和能量吸收要求，并呈感性负载特5.1试验项目——检查电压源型磁体电源变流器组成设备的完整性，包括PWM整流器、支撑电容柜(如有)、4试验仪器宜包括交流耐压试验装置、高压探头、示波器、高压短接线、接地线、放电棒及必要的安全防护用具。——高压探头：量程不应小于规定试验电压的1.5倍，带宽不宜低于50MHz,精度宜优于±1%,试验过程中，被测设备应能承受规定的试验电压和持续时间，不应出现绝缘击穿、闪络、异常放电、冒烟、异响或其他异常现象。5试验前，应将磁体电源水冷系统连接完整，并确认各水冷管路、接头、阀门、密封件及相关冷却部件安装正确。定水压下检查水冷系统是否存在渗漏、滴水、接头松动、密封失效等现象；在2倍额定水压下保持1h,宜为±1%FS;——水压传感器或压力表：精度不低于±1%FS,响应时间不超过1s;——水流量传感器或流量计：精度不低于±2%FS,响应时间不超过1s;——截止阀、封堵件、连接软管及转换接头：压力等级不宜低于最高试验压力的1.2倍；通过压力泵或试验水系统向磁体电源水冷回路注入冷却水，冷却水以额定水流速度在冷却回路循6试验时，宜采用磁体电源系统测试终端、继电保护测试仪或软件模拟方式，向设备连锁控制器、保护装置或对应检测回路施加故障信号，检查系统保护动作、告警显示、跳闸输出及连锁响应是否符合设计要求。保护逻辑试验包括系统保护逻辑试验、配电回路保护逻辑试验、PWM整流回路保护逻辑试验、H桥变流器回路保护逻辑试验、储能电容回路保护逻辑试验、设备层连锁控制保护逻辑试验及系统并网点电压保护逻辑试验。—继电保护测试仪：用于向保护回路施加电流或电压信号，其输出范围应覆盖各保护定值的0~1.3倍，电压、电流输出精度不宜低于±0.5%,动作时间测量分辨率不宜大于1ms;于100MHz,采样率不宜低于1GS/s;——万用表或信号测量仪表：用于检查控制电源、开关量输入输出、模拟量信号——急停按钮动作后，系统应正常触发急停保护，且告警、跳闸或连锁输出状态与设计逻辑一致；——急停复位后，系统应按既定流程恢复正常状态。试验时，可通过修改保护定值的方法，使网侧低压过流保护达到动作条件，观察配电回路保护动作结果、跳闸输出及告警信号。7在满足试验安全条件下，通过软件强制交流断路器处于闭合状态，解除低电压保护的断路器分位闭锁逻辑。利用继电保护测试仪向PWM整流器交流输入回路施加三相平衡电压，并缓慢降低电压幅值至——交流侧电流达到1.2倍交流母线电流整定值时，应触发PWM整流器交流母线过流保护动作信——阀侧电压达到1.3倍阀侧电压整定值时，应触发PWM整流器阀侧过电压保护动作信号，保护——阀侧电压降低至0.7倍阀侧电压整定值时，应触发PWM整流器阀侧低电压保护动作信号，保——直流侧电流达到1.2倍直流电流整定值时，应触发PWM整流器直流过流保护动作信号，保护——各项保护动作值、动作时间、告警显示及跳闸输出应符合——总输出电流达到1.1倍总输出电流整定值时，应触发总输出过流保护动作信——储能电容回路电压达到1.3倍正极直流电压整定值时，应触发直流过电压保护动作信号，保护装置应准确判定故障，并执行正确的保护动作；8——保护动作后的告警信号、闭锁状态、跳闸输出及系统显示应符合设计逻辑。5.2.5.8.1试验方法试验时，可通过熔断器装置软件置数或模拟故障输入信号的方式，使熔断器故障告警动作，观察设备连锁控制器、保护回路及上位机系统的响应结果。设备层连锁控制保护逻辑试验结果应满足以下要求：5.2.5.9.1试验方法——当U≥1.2Un时，系统应在20ms内保9控制指令控制预充电装置关机，断开输出接触器，并由协调控制器控制制动回路进行储能泄放，完成1预充电试验所需仪器设备包括但不限于：低于50MHz,测量精度优于±0.5%FS,输出接口BNC;——计时装置：用于记录预充电时间。计时精度宜优于±1s,计时范围应不小于600s。空载电压试验接线宜按图2进行，三电平磁体电源空载电压试验接线宜按图3进行；——接入低压配电柜AC380V输入电源，启动水冷设备供水系统，打开各水冷回路截止阀，检查—确认设备具备空载运行条件后，应按5.2.6.1的方法完成储能电容器预充电，预充电电压不宜低于整流变副边线电压峰值的0.9倍。出电压指令，通过调整PWM占空比实现直流母线输出电压调节。试验过程中，应测量并记录各输出电预充电1整流器2预充电2水冷设备支撑电容储能电容电抗交流电抗电源控制保护柜H桥变流器断路器ZLB1整流变10kV整流器2控制图3三电平磁体电源空载电压试验接线图储能电容器1器2NPH桥H桥空载电压试验时，采用电压开环控制，通过调整H桥占空比实现其输出电压调节。试验时，应先启动PWM整流器，使直流母线电压达到额定值；随后通过控制器分别设置H桥变流器输出电压，宜空载试验完成后，应通过控制器发送PWM整流器和H桥变流器停机指令；如不进行后续试验，应空载试验仪器包括但不限于：均压试验可与空载电压试验一起进行，在空载电压测试中，利用高压探头和示波器/录波装置测量…预充电1ZLB1整流变断路器H桥断路器整流器2预充电2保护柜交流交流整流器1低压配电柜储能电容水冷设备A负载预充电1开关柜整流器2-预充电2保护柜支撑电容储能电容水冷设备整流器1交流交流断路器电源H桥变流器低压配电柜负载轻载试验的负载宜选用电感性负载。轻载试验完成后，应按5.2.7.1的规定执行停机操作；如不进行后续试验，应依次完成泄放储能电容器电压、断开相关断路器、闭合接地刀闸、切断AC380V交流供电以及关闭水冷设备，结束试验。按公式(4)计算直流母线的稳压精度，按公式(5)计算H桥变流器输出电流的恒流精度，并依据电流测量仪器宜选用电流传感器，测量范围应覆盖最高设定电流的1.5倍，测量精度不宜低于…5.2.12额定电流试验5.2.12.1试验方法额定电流试验完成后，应按5.2.7.1的规定执行停机操作；如不进行后续试能电容器电压、断开相关断路器、闭合接地刀闸以及切断AC380V考验电气性能的过电流试验宜按2倍额定电流、持续时间80ms进行，并记录试验过程中的输出电流及持续时间。试验中，通过控制H桥变流器的占空比，使输出电流达到规定的试验电流值，计时达80ms后，关预充电预充电A交流电抗器整流器储能电容H桥变流器选相合闸选相合闸短路开关H桥变流器H桥变流器计时器的精度优于±1ms,连续计时不低于1s。过电流能力试验结果应符合下列要求：5.2.14.1试验方法试验前，应在关键发热部件预计最高温度位置布置测温元件，并在设备周围1m范围内设置2～3个按5.2.12.1规定执行，使PWM整流器及H桥变流器在额定电流下连续运行。试验过程中，应每隔10min记录各测温点温度及冷却系统(如有)运行参数，并巡检设备是否存在局部过热。试验过程中如发现局部过热，应立即停止试验若设备在额定电流条件下连续运行4h后温升仍未达到稳态，应停止试验，查明原因并整改后重新5.2.14.2试验仪器5.2.14.3数据处理Tm——各组成部件关键部位的稳态温度，单位为摄氏度(℃);Te——环境的稳态温度，单位为摄氏度(功率因数及电网谐波测量应在设备额定功率稳定运行条件下进行。试验时，两台PWM整流器采用功率因数及电网谐波测量的试验仪器包括但不限于：测量功能，电压测量精度不宜低于±0.5%,电流测量精度不宜低于±0.5%,功率因数测量精——电压互感器：变比应与被测电压等级相匹配，二次侧额定电压宜为100V,准确级不宜低于0.5——电流互感器：变比应与被测电流范围相匹配，二次侧额定电流宜为1A或5A,准确级不宜低于0.5级。除合同或技术协议另有规定外，网侧电流谐波含量应符合GB/T14549的规定。定运行。分别测量PWM整流器交流输入侧及直流输出侧的电压、电流参数，计算其输入功率和输出功采用相同方法测量H桥变流器输入侧及输出侧的电压、电流参数，计算其输入功率和输出功率，按±0.2%,效率测量分辨率不低于0.1%。a)PWM整流器交流侧输入功率计算公式：Pm=√3U₁I,cosφU₁——交流侧线电压有效值，单位为伏(V);I——交流侧线电流有效值，单位为安(A);b)PWM整流器直流侧输出功率计算公式：Uac——直流母线电压，单位为伏(V);Udc——直流母线电压，单位为伏(V);IHdc——H桥变流器直流侧输入电流，单位为安(A)。…电源预充电2直流隔离开关H桥H桥电抗储能电容旁通负载预充电1直流隔离开关预充电2H桥H桥器1器2断路器控制系统旁通负载电源6.3.1规范性检查——设备完整性检查：检查系统设备、部件及附件配置是否齐全，安装是否牢固，标识是否清晰完——电气接口检查：检查主回路及辅助回路电气连接是否正确、可靠；试验前，应确认被试设备处于断电状态，主回路储能元件已充分放电，测量、控制、保护等弱电回路已采取隔离或防护措施。接地电阻器、浪涌吸收器等可能影响测量结果的部件(如有)应断开。应根据被试设备的额定电压选择相应试验电压的兆欧表，测量电压源型磁体电源系统主回路对地的绝缘电阻。2500V、5000V等量程，测量范围宜不小于0MΩ~10GQ,准确度等级不宜低于10级。启动水冷系统，使冷却回路处于充水状态。将水压升至0.75倍额定水压，检查水冷回路各连接部位是否存在渗漏；确认无渗漏后，将水压升至1.5倍额定水压并再次检查；确认无渗漏后，将水压升至2倍额定水压并保压1h。水密封性试验结果应符合下列要求：——在2倍额定水压下保压1h后，水压降幅不应大于试验压力的5%;将示波器探头接入PWM信号输出端，设置PWM信号为规定占空比输出状态，采集不少于10个连续6.3.4.4模拟故障试验6.3.4.4.1试验方法模拟故障试验应在电压源型磁体电源控制系统、保护系统试验过程中，应根据故障类型和故障等级，检查PWM整流器、H桥变流器、交流断路器、软启动回路、外旁通、泄能装置及上层控制通信等保护动作是否符故障信号撤除后，应检查系统复位、故障记录、告警显示及重新使能逻辑是否正确。试验过程中，应记录故障类型、故障注入时刻、保护动作时序、动作结果、告警信息、复位方式及异常情况。——试验过程中不应出现保护拒动、误动、动作顺序错误、告警显示错误或通信异常等现象。故障类型I级和软启动回路，触发外旁通及泄能装置，并向上层控制发送故障信号。器件模块过温、功率器件模块故障、中间直流母线过压/欠压故障、锁相故障、支路不均流故障、控制运算超时PWM整流器稳压，H桥以一定速率降电流下降到设定值时，封锁PWM整流器和H桥的脉冲，并向上层控制发送故障信号。发生直流过压故障时，应按规定触发泄能装故障、其他检测点过温、控制电掉电、冷却系统异常、其他外部故障PWM整流器稳压，H桥以一定速率降电流下降到设定值时，封锁H桥的脉冲，并向上层控制发送故障信号。当电压源型磁体电源系统控制器与其他系统存在通信接口时，应进行通信试验。于通信