降温调试实验操作步骤初稿

1、降温调试实验操作步骤初稿(供讨论修改)武玉2005-7-302004年2月9日万元熙总理在EAST的工作会议上提出在EAST装置总装基本完成的条件下进行装置整体降温与通电实验。实验目的如下： 完成所有低温传输、超导传输、内外冷屏、冷质部件支撑系统、真空系统与制冷机，纵场磁体、极向场磁体系统集成之后的降温，检验各个系统的工作状况； 获得降温过程和降温之后托卡马克各系统的实验运行数据如：各重要支路的流阻，压降；各重要部件热负荷及温度分布；重要磁体和部件的位移和应力等； 检验全部放电系统的工作状况，获得判定可否安全升级放电的重要系统性能参数，如：接头电阻，耐压性能，可能的涡流和电动力及其影响等等；

2、测量主要磁场系统的对称性及其杂散场和性质，确定装置的最重要工程参数，如：大半径及纵场磁体对称轴位置，极向场赤道面位置等； 现在总装和各子系统工作进展顺利，2005年9-10月之间开始实验的基本条件有可能具备。为了实验工作开展的条理性、计划性，实验前制订降温调试实验操作步骤，希望实验期间各子系统工作能够按照预订的方案有条不紊的进行。按照实验目的及装置总装和各子系统建设进度，实验主要包括如下几个过程: 各子系统工作汇报和初步验收，室温通电，装置抽真空及外部漏率检测，装置氦回路吹除和氦各部分漏率的确定，装置降温，装置通电，装置回温。实验步骤安排如下：1. 子系统工作汇报和初步验收 装置抽真空前一个星

3、期，组织一次实验准备会议，首先介绍实验计划和和实验过程中各项工作安排、分工、主机及分系统值班排班情况；重点是总装安装以及与本次实验相关的所有子系统工作汇报和书面工作总结，关系密切的主要子系统：真空、低温、技术诊断、电磁测量、极向场电源、纵场电源以及常规水、电、压缩空气、去离子水等。每部分的内容应包括设备安装就位情况、调试情况，系统控制部分软、硬件的调试情况；希望每个子系统给出书面报告，明确提出已达到满足降温、通电实验的部分，实验前还有待完善工作需要的时间和条件，必须在实验中调试和完善的工作需要的条件和时间。 实验期间每个子系统及运行负责人应认真做好实验记录，计算机电子文档和记录本同时使用。2.

4、 室温通电希望磁体在室温下快速励磁，较短时间（秒量级）内通电2kA，通过电磁测量确定磁体的安装对称性等；但由于TF磁体由16线圈组成，电感2.91525H，室温电阻2.24，现有的电源电压不能使TF磁体达到预期的电流及磁场值。下表为TF在室温时各种电源可以提供的最大电流及磁场。由于电机的供电母排也未延伸到8-1 EAST装置，是否使用TF或PF电源为磁体室温通电可能还需要与电磁测量组讨论；如果使用电机电源，这需要工程指挥部尽快做出决定，安排母排安装。电源最大输出电压TF最大电流最高场中心场20V（TF电源）9A36.5Gauss22Gauss700V（PF电源）312.5A1267Gauss7

5、65Gauss2000V（电机）893A3622Gauss2186Gauss3. 抽真空阶段 总装完成后，对装置进行仔细检查：l 各窗口密封正常，不同温区部件没有接触点。l 技术诊断及其它测量，测量元件工作状态正常。l 各个磁体，超导传输线，电流引线，电位引线等对地绝缘测量结果满足要求。满足以上条件后开始抽真空。1) 装置粗抽装置主机及电流引线阀箱真空是分离的，分别用机械泵对2部分同时进行粗抽，分别用电阻规测量各自的真空，真空度测量结果最好能用计算机采集。观察真空下变化的速度，循查装置各密封面，确定是否存在大漏；如果有大漏用氦质谱仪或其它方法按以下序列查找：真空机组及回路-装置外表面-冷屏-传

6、输线-磁体查找。如果漏在外部先修补，然后继续检漏，直至真空变化正常；装置内部氦系统应该不存在大漏现象。从装置抽真空开始，技术诊断系统开始运行，并对各测量信号、数据采集模块、采集通道、采集卡、恒流源、采集软件等进行调试和维护，尽量避免在降温和通电时缺少必要的信息或错误信息。2) 启动分子泵机组，真空达到10-1Pa-10-2Pa量级测量：A.测量各对地绝缘B.装置外部系统检漏，及装置室温总体漏率的确定。对装置2部分分别用氦质谱检漏仪检测其总体漏率，把标准漏率仪器分别安装在装置离真空抽口的最远端和最近端，比较漏率测量值。准备好残余气体分析仪的使用，预留用于安装残余气体分析仪的窗口，为防止装置真空达

7、不到仪器真空的要求，为残余气体分析仪准备辅助抽气机组。满足装置可能出现的氦本底过高时，判定漏口的位置和漏气的种类。4. 吹除过程 吹除的主要工作是用纯度高的氦气连续流过氦回路，带走氦管道、导体内空气或其它残留物，并通过外部纯化设备分离出氦以外的杂质气体。同时装置内部各部分，内冷屏、外冷屏、冷屏底板及颈段、各阀箱及传输段、TF磁体、线圈盒、PF磁体，依次在不同氦气吹除压力下测量其总体漏率。1). 杂质气体吹除 用纯度高的氦气连续流过氦回路，测量氦气进口的纯度和出口氦气的成份，通过比较确定各部分吹除效率及需要的吹除时间，决定磁体系统是否用抽气方法加快杂质气体的排除。2). 吹除过程中氦回路控制阀门

8、的调试，各种回路流阻测试和比较。3). 安排吹除顺序，对各部分测量室温总漏率。 装置在完成外部检漏，漏率达到氦质量谱仪高灵敏档10-8Pa*m3/S以上，真空在10-2Pa量级，装置开始低温回路吹除，同时进行漏率测量。其顺序如下：气体纯度测量10bar5bar20bar内冷屏 漏率满足要求 漏率满足要求 漏率满足要求 10bar5bar20bar外冷屏 漏率满足要求 漏率满足要求 漏率满足要求20bar5bar 10bar冷屏底板等 漏率满足要求 漏率满足要求 漏率满足要求 20bar10bar5bar阀箱及传输段 漏率满足要求 漏率满足要求 漏率满足要求10bar5bar20barTF磁体

9、漏率满足要求 漏率满足要求 漏率满足要求10bar5bar20bar线圈盒 漏率满足要求 漏率满足要求 漏率满足要求10bar5bar20barPF磁体 漏率满足要求 漏率满足要求 漏率满足要求气体纯度测量当内部检漏结束,出口气体的纯度满足运行要求(气体纯度值?各成分含量值?)，装置开始降温，实验进入降温阶段。5. 装置降温 降温是此次实验的主要目的之一，整个过程时间较长，不仅对整个装置各部分设计、加工、安装、流程安排、流量控制等方面的质量验收，也为今后运行积累经验。在降温过程中，可能会出现一些意想不到的情况，每个子系统应认真关注装置每天状况的变化，发现问题后及时汇报。 1）. 真空系统应关注

10、的问题 在降温开始阶段，真空度越来越高，随着冷屏温度由300K80K，装置的真空10-2Pa10-4Pa（10-5Pa）。A. 随着真空的变化注意各真空测量仪器的测量范围，调整设备，争取能够准确得到各点真空值。B如果真空变差，应立即排查。排查的顺序大致为：冷屏温度变化，真空机组工作状态，外部有漏，以上原因引起的真空的变化对氦检漏仪漏率影响不大。在排除外部空原因后，检查各氦路系统；可以通过不同的氦路分别加压和降压的办法排查。如果氦系统漏率较大，可能导致氦质谱检漏仪即使在真空阀开度较小时也超量程，此时使用残余气体分析仪。如果真空变化较快，10-4Pa10-2Pa-10-1Pa，应立即通知值班负责人

11、，确定是否暂停分子泵机组；如果漏孔不能确定或不能及时修补，应决定是否暂停装置降温。C. 在真空正常状态下，应每4小时测量一轮装置的总体漏率，并作详细记录。记录内容：时间，冷屏进出口压力，冷屏进出口温度，磁体进出口压力，磁体进出口温度，装置真空,测量位置，测量值。2). 技术诊断A. 测量和采集的准确性，数据容易检索和显示，数据及时存储。技术诊断及低温系统的测量数据是装置降温控制的基础，错误的数据会导致错误的判断和盲目的运行控制。由于装置是第一次降温，不存在可以比对的数据基础，装置内每一个测量元件应该说都不是多余的；因此希望能够得到每个测量元件的正确值。虽然我们已在此方面做出很多努力，但根据以往

12、其它装置的运行经验，我们的采集系统的稳定性和可靠性还是经常出现问题，装置在运行过程中还要对系统采集的数据进行仔细的分析和比较，对采集数据的误差及时调整。造成测量误差和错误的原因有很多方面，在装置内部：测量元件的标定误差或损坏、元件物理特性的稳定性、安装偏差、测量线短路；装置外部：线与插座的连接、线的屏蔽、接地状况、恒流源或恒压源的稳定性及精度、信号调理模块的稳定性、采集通导的稳定性、采集板的稳定性和精度、采集程序的正确性等。通过相互比对和分析，如果确定某一数据有误，按照先装置内部再查装置外部的顺序逐一排查和修正。如果确定错误是出现在装置内部，应该及时注销此测量，并作记录，免得提供错误信号。此外

13、采集系统还要对其采集的数据进行储存、显示、传输和检索。由于采集通道多、采集时间长，每天都要对采集系统进行维护和数据转存，特别要注意不能丢失数据。B. 绝缘测量，各部件短路测量，位移测量。降温过程注意对装置磁体、导体、传输线的对地测量，装置低温部件由于降温收缩引起的位移，冷屏与线圈盒或其它部件相互间是否接触。通过应力-应变测量确定关键部件的热应力。3). 低温A人员培训EAST是个全新的装置，4.2K 2kW制冷机系统是国内最大的低温制冷系统，除制冷机外装置的控制阀门多，流程复杂，且降温过程控制的复杂性远大于低温维持阶段。由于整个低温系统庞大，回路复杂，运行控制精确度要求高，参加运行人员多；建议

14、在实验前根据岗位要求，对参加运行人员进行培训，根据其它装置运行情况和考核结果合理配置每个运行班组负责人和参加人。B温度控制等 降温开始后，各块冷屏与各磁体回路可以同时降温，各系统应严格控制进出口温差。每个磁体允许的最大温差为50K，考虑到温度较高时温度测量误差和控制系统的波动，实际运行时最好维持在45K上下。各部分的最大流量取决于低温系统总供气量、进口最大的允许压力（20atm）、各部分流量的分配；在进出口温度一定的条件下，降温速度主要取决于制冷机能力，总流量，流量分配。降温过程的控制不同于低温维持状态下低温回路的控制，在降温开始阶段一些过冷槽的功能是否能够正常发挥还待实验验证。如果在磁体回路

15、中有串联回路并在回路中间加过冷冷却（如PF1、2、3、4、5、6、13、14与PF7、8、9、10、11、12之间），降温过程可能要加以特别关注；冷屏回路的过冷槽是液氮槽，通过温度及液面测量应该较容易控制到运行要求，但运行人员应该清楚控制的目的、方法，在过程中及时做出状态的调整和系统控制。4). 温度分布及装置热负荷装置各部分达到预期温度后，根据温度测量值确定各低温部件的温度分布；根据冷却流体温度、压力、流量值确定各部件热负荷及其它热工-水力性能。一方面与设计要求相比较，另一方面为未来运行或改进提供数据基础。6. 磁体通电 装置的所有冷质部件达到预期的温度分布，电流引线，超导传输线，各个磁体的

16、冷却流体参数（压力、温度、流量）可以长时间稳定运行在设计值，实验进入磁体通电阶段。通电前装置除满足低温条件外，还要检查系统的绝缘状况，真空的稳定性，总体漏率，关键部件的热应力，电源控制的稳定性和失超保护开关、移能电阻等设备的可靠运行等。在磁体通电前各相关子系统进行一次工作汇报和运行状态检查，由EAST工程指挥部决定磁体通电的时间和方式。磁体通电主要可能有4个方面的内容：各磁体系统失超保护桥路的平衡调节，各个超导接头的电阻测量，通电时磁体及相关部件的电磁力、热工-水力参数的变化，通过电磁测量确定磁体的安装对称性等。1). TF磁体通电TF磁体由16线圈组成，电感2.91525H，纵场电源，其最大

17、输出电压20V；TF磁体励磁的速度估计在5A/S左右。首先为失超保护组提供2-3次励磁，电流的升降速度和幅值由失超保护组确定。完成失超保护桥路平衡调节后，磁体正式通电，电流以阶梯状上升，比如在4kA、8kA、10kA、12kA各停留300S，一方面测量接头电阻，另一方面观察磁体、超导传输线、电流引线等力学状况、热工-水力参数等。磁体最大电流根据各子系统的工作状态而定。由于是第一次降温通电，我们对装置的总体性能和各子系统的性能还没有完全熟悉和掌握，为装置安全考虑，建议磁体最大电流在10kA-12kA之间。磁体达到最大电流后可以停留数小时，在此期间进行装置的电磁测量。磁体通电期间，各系统运行人员应严守岗位，任何异常现象以及状态向不良方向发展的趋势应及时向磁体运行负责人报告。2).PF磁体通电 PF磁体通电目的和方式与TF磁体相当，装置共有14个PF磁体，其中PF7和PF9、PF8和PF10串联供电，12对电流引线，分12次励磁。每个磁体的电流升降速度、最大励磁电流根据各分系统及装置本身的状态而定。PF快速磁体通电时应特别关注相关部分的热工-水