位于廣東東莞的中國散裂中子源（CSNS）是新中國第一臺大規(guī)模快循環(huán)同步加速器（RCS）,為了在整個環(huán)形加速器維持同步的正弦磁場,全環(huán)采用一臺諧振電源勵磁,并將所有電磁鐵串聯(lián),配合電容器、電抗器構(gòu)成諧振電路,分布在周長300多米的環(huán)形設(shè)備樓周圍,組成一個龐大的CSNS/RCS諧振電源網(wǎng)絡(luò)。如果發(fā)生電容或電抗器故障,則諧振網(wǎng)絡(luò)損壞,感應(yīng)電壓將對設(shè)備造成破壞。雖然國內(nèi)各加速器實驗室對電源有較多研究,但研究方向普遍面向直流穩(wěn)定度、主回路拓撲與開關(guān)元件、數(shù)字控制領(lǐng)域研究。對交流諧振網(wǎng)絡(luò)的保護沒有參考資料。為了保障散裂中子源順利竣工和可靠運行,必須為諧振網(wǎng)絡(luò)自行研制一套保護設(shè)施。首先,本文針對交流勵磁電源及諧振網(wǎng)絡(luò)進行了原理研究,對諧振網(wǎng)絡(luò)等效電路進行分析、計算,從而得出諧振網(wǎng)絡(luò)的額定參數(shù)。針對諧振元件的保護,本文提出了采用多路實時波形采集的方法對各網(wǎng)孔的諧振電流和諧振電壓進行真有效值監(jiān)測,并在異常時進行聯(lián)鎖保護的解決辦法。其次,在電容監(jiān)測方面,我們利用FPGA剩余的強大計算能力,充分利用采樣數(shù)據(jù),進行FFT分析得出基波電流、電壓,采用SOPC片上系統(tǒng)進行電容器介損在線監(jiān)測和電容值在線監(jiān)測。以利于... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

CSNS結(jié)構(gòu)示意圖

華南理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文2圖1-1CSNS結(jié)構(gòu)示意圖CSNS/RCS是新中國首臺大型快循環(huán)同步加速器。RCS和以往大型加速器采用的儲存環(huán)結(jié)構(gòu)完全不同，他的作用是在環(huán)形軌道中利用高頻功率源對質(zhì)子束流進行反復(fù)加速，達到足夠的能量后，引出進行科學(xué)研究。CSNS質(zhì)子束流以40ms為一個周期，從直線加速器不斷重復(fù)注入RCS的環(huán)形軌道中。在每個周期開始時質(zhì)子迅速注入RCS，并進行高速圓周運動，在旋轉(zhuǎn)中被高頻系統(tǒng)反復(fù)加速。在0～20ms內(nèi)，質(zhì)子環(huán)繞RCS旋轉(zhuǎn)的頻率由1.02MHz加速到2.44MHz；在時間達到20ms時，質(zhì)子從RCS引出到靶站用于科學(xué)研究。從上面的介紹中可以看出：在每個周期的0～20ms時質(zhì)子旋轉(zhuǎn)速度是不斷提高的，所以在這段時間內(nèi)要維持其旋轉(zhuǎn)軌道的半徑不變，環(huán)形軌道的磁場也要按正弦規(guī)律不斷上升，才能和質(zhì)子的運行速度相匹配。在20～40ms時，質(zhì)子束已經(jīng)離開RCS，軌道中沒有粒子束流，也就對磁場波形不做要求。綜上所述，RCS對勵磁電流的需求如圖2所示。顯然，這一波形與我國以往各種加速器采用的直流恒流電源完全不同。圖1-2RCS對勵磁電流的需求雖然我國對高能加速器的勵磁電源有長期的運行經(jīng)驗和較多的研究，但研究對象均為恒流直流電源。CSNS/RCS與以往任何一座大型加速器都有很大的差異，沒有運行經(jīng)

第１章緒論5是帶直流偏置的正弦波[14]。如圖3所示。圖1-3勵磁電流波形RCS主磁鐵由24塊電磁鐵組成，各個電磁鐵必須逐個串聯(lián)，由同一個勵磁電源供電，確保每塊電磁鐵的勵磁電流幅值和相位完全相同[15]。由于25Hz交流具有較大的di/dt，使磁鐵的感抗遠大于直流電阻，感應(yīng)電壓很高。若將24塊電磁鐵直接串聯(lián)，總感應(yīng)電壓約為125kV，這作為工程項目顯然是無法實現(xiàn)的。為了減少感應(yīng)電壓，RCS主磁鐵采用諧振網(wǎng)絡(luò)連接，用串聯(lián)電容器補償磁鐵無功，同時用并聯(lián)電抗器確保直流分量的正常流通。這使得RCS主磁鐵形成了復(fù)雜的串并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。依靠諧振元件的補償作用，主磁鐵網(wǎng)絡(luò)兩端的總電壓峰值限制在6kV以內(nèi)，從而可以采用中壓電力設(shè)備進行勵磁。這種諧振網(wǎng)絡(luò)最早稱為懷特（White）諧振網(wǎng)絡(luò)[16]。是參考懷特（MiltonGrandisonWhite,1910-1979）先生于1956年設(shè)計的一種用于同步加速器磁鐵電源的電路拓撲結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上改進而成的。懷特電路結(jié)構(gòu)首次用于普林斯頓大學(xué)和賓夕法尼亞大學(xué)聯(lián)合研制的一臺3BeV（現(xiàn)在稱為GeV）質(zhì)子同步加速器。它位于普林斯頓大學(xué)Forrestal研究中心，于1963年12月7日正式投入使用[17]。懷特電路針對交直流疊加勵磁型電感負載，采用儲能變壓器、儲能電容器和負載一起組成多元諧振電路，降低了電源輸出側(cè)的總電壓。同時也能通過諧振網(wǎng)絡(luò)儲存無功，降低了勵磁電源對負載的無功輸出，使電源的輸出功率大部分是有功功率[18]。近年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，懷特電路有了新的變化。美國費米實驗室在90年代建設(shè)的8GevSynchrotron加速器首次使用“串聯(lián)型懷特諧振網(wǎng)絡(luò)”，是近年來最大的改進。日本于2009年建成的J-PARK部分電源，以及本文所述的CSNS/RCS諧振電源均采用這種新型拓撲。為了區(qū)分清楚，下文將改進前的電路

【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種降低功耗并提高通道密度的集成多路復(fù)用輸入ADC方案[J]. 胡曉蘭,高興.  集成電路應(yīng)用. 2018(03)
[2]并聯(lián)電容器保護與監(jiān)測一體化實施方案[J]. 甘景福,王增平,林一峰.  電力科學(xué)與工程. 2017(05)
[3]并聯(lián)電容器組電容量變化對不平衡電流保護的影響分析[J]. 李凱楓.  廣西電力. 2017(01)
[4]容性設(shè)備介損測量算法的對比與改進[J]. 袁飛.  電工電氣. 2015(04)
[5]高壓并聯(lián)電容器裝置的保護整定[J]. 李振,龐素紅.  電力電容器與無功補償. 2015(01)
[6]中國散裂中子源磁鐵電源系統(tǒng)[J]. 齊欣,張旌,郝祖岳,張文慶.  電力電子技術(shù). 2014(12)
[7]BEPCⅡ磁鐵電源快速檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)[J]. 陳素穎,戰(zhàn)明川,龍鋒利,葉衛(wèi)東.  原子能科學(xué)技術(shù). 2014(11)
[8]新型并聯(lián)電容器保護方案優(yōu)化設(shè)計[J]. 丁祖軍,曲振峰,徐順剛,王華.  電測與儀表. 2011(04)
[9]HIRFL-CSR二極磁鐵電源的研制[J]. 王有云,高大慶,丁軍懷,石立峰.  原子能科學(xué)技術(shù). 2010(04)
[10]高速A/D轉(zhuǎn)換器的研究進展及發(fā)展趨勢[J]. 吳興斌.  微電子學(xué). 2009(03)

碩士論文
[1]35kV高壓并聯(lián)電容器組運行狀態(tài)監(jiān)測裝置的研究及應(yīng)用[D]. 韓曉勃.華北電力大學(xué) 2017
[2]電力電容器安全運行分析與在線監(jiān)測技術(shù)研究[D]. 潘佩明.華北電力大學(xué) 2015
[3]并聯(lián)電容器絕緣在線監(jiān)測與故障診斷方法研究[D]. 熊文清.湖南大學(xué) 2012
[4]電容性設(shè)備介質(zhì)損耗角檢測方法與實現(xiàn)[D]. 劉潤澤.西安科技大學(xué) 2011
[5]10kV電力電容器故障遠程預(yù)警系統(tǒng)[D]. 鄒正華.華南理工大學(xué) 2010
[6]移相電容器絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)研究[D]. 周文杰.湖南大學(xué) 2009



本文編號：3265752