磁鐵工作安全可靠2ISPB勵(lì)磁電流為1200A22GeV課件

1、BEPCII磁鐵系統(tǒng)運(yùn)行總結(jié)及存在的問(wèn)題 康 文、陳福三2013.8.2第1頁(yè)，共17頁(yè)。內(nèi)容 常規(guī)直流磁鐵運(yùn)行情況 超導(dǎo)磁鐵及失超保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行情況 注入沖擊磁鐵故障及原因分析 高流強(qiáng)運(yùn)行可能存在的問(wèn)題 磁鐵系統(tǒng)暑期檢修內(nèi)容第2頁(yè)，共17頁(yè)。一、常規(guī)直流磁鐵運(yùn)行正常1、儲(chǔ)存環(huán)和輸運(yùn)線上的所有常規(guī)直流磁鐵運(yùn)行正常，由于暑期檢修期間對(duì)所有磁鐵的水電接頭進(jìn)行過(guò)仔細(xì)排查以及每周進(jìn)行例行檢查，常規(guī)磁鐵基本零故障運(yùn)行；2、由于高能物理實(shí)驗(yàn)的需求，BEPCII需要在高能量（2.2GeV）下運(yùn)行，因此磁鐵系統(tǒng)對(duì)對(duì)撞區(qū)特種磁鐵和內(nèi)環(huán)主B鐵進(jìn)行了考機(jī)實(shí)驗(yàn)，結(jié)論如下， 1）三區(qū)和四區(qū)的兩臺(tái)ISPB工作電流升至120

2、0A（2.2GeV）后運(yùn)行2小時(shí)，磁鐵冷卻水出水溫度最高32.6oC，溫升為6.6oC，磁鐵工作安全、可靠； 2）ISPB勵(lì)磁電流為1200A（2.2GeV）時(shí)，間隙磁場(chǎng)大約為4820Gs，磁鐵工作在線性區(qū)，不會(huì)出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象； 3）內(nèi)環(huán)主B鐵工作電流升至900.0A （2.2GeV）后工作2小時(shí)，磁鐵線圈表面溫度最高為33 oC，因此磁鐵工作安全、可靠。第3頁(yè)，共17頁(yè)。3、儲(chǔ)存環(huán)一、四區(qū)六極磁鐵故障排查 2012年12月BEPCII調(diào)束運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)不同的六極鐵搭配是成功降低BER暗電流的關(guān)鍵，建議對(duì)儲(chǔ)存環(huán)一、四區(qū)六極磁鐵進(jìn)行故障排除，因此磁鐵、電源和運(yùn)行組相關(guān)人員聯(lián)合對(duì)一、四區(qū)六極磁鐵端電

3、壓進(jìn)行了仔細(xì)測(cè)量，結(jié)果如下表所示，從端電壓看，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯異常。50A100AR1OS14.709.43R1OS44.689.39R1OS54.769.53R4OS14.689.40R4OS44.719.45R4OS54.709.42R3IS74.819.64R2IS74.689.38R4OS74.719.45R1OS74.699.40R4OS64.719.44R1OS64.729.47第4頁(yè)，共17頁(yè)。二、超導(dǎo)磁鐵及失超保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行情況失超保護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析從2012年6月至現(xiàn)在，發(fā)生失超報(bào)警35次，其中2013年4月16日至5月29日期間發(fā)生17次失超報(bào)警。失超原因包括：電源故障或不明原因的

4、跳閘：22次低溫系統(tǒng)故障：6次控制系統(tǒng)故障：2次束流丟失：4次電網(wǎng)掉電：1次失超保護(hù)系統(tǒng)暑期檢修及備件暑期停機(jī)期間對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢修和數(shù)據(jù)備份從BNL購(gòu)置一套備用失超探測(cè)器完成板卡檢測(cè)、系統(tǒng)組裝及運(yùn)行測(cè)試，與BNL溝通解決發(fā)現(xiàn)的一些問(wèn)題。新購(gòu)買(mǎi)失超監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器，并完成系統(tǒng)配置工作第5頁(yè)，共17頁(yè)。1、故障現(xiàn)象 2012年11月20日，負(fù)電子環(huán)沖750mA后，四區(qū)E-K2真空開(kāi)始變壞，真空計(jì)和離子泵電流變化一致，數(shù)據(jù)可信；高流強(qiáng)下，真空急劇惡化，引起真空閥門(mén)保護(hù)動(dòng)作。三、注入沖擊磁鐵（E-K2）故障及原因分析第6頁(yè)，共17頁(yè)。 現(xiàn)場(chǎng)打開(kāi)kicker磁鐵真空箱后觀察結(jié)果如下，真空箱兩側(cè)端部無(wú)局部過(guò)熱

5、痕跡上游側(cè)陶瓷板、膜層、電流板未發(fā)現(xiàn)明顯異常下游側(cè)陶瓷板、膜層未發(fā)現(xiàn)異常，但束流外側(cè)電流板中部有明顯的帶狀黑色印跡，在其下游同步光擋塊外側(cè)也看到有同樣的印跡。7相機(jī)拍攝效果問(wèn)題，自然光下該印跡為深顏色約5mm 與上次E-K2發(fā)生的故障相比，磁鐵冷卻水出水溫度并沒(méi)有異常波動(dòng)，但是為了排除真空故障，還是決定用新研制的備用磁鐵更換E-K2磁鐵。2、原因排查第7頁(yè)，共17頁(yè)。拆開(kāi)端部?jī)蓚€(gè)大法蘭，并未發(fā)現(xiàn)上次故障時(shí)的過(guò)熱灼燒痕跡。8束流束流第8頁(yè)，共17頁(yè)。從高壓端一側(cè)用萬(wàn)用表測(cè)量四塊陶瓷板鍍膜電阻： 總電阻=15， （原電阻=3.55+3.696+3.98+3.66=14.886 ）9束流逐塊測(cè)量結(jié)果

6、（兩塊表兩次測(cè)量）： -3.79/3.8 -4.07/4.1 -3.63/3.7 -4.10/4.1 -15.59/15.7 四塊陶瓷板鍍膜總電阻變化不到1，說(shuō)明膜層基本完好無(wú)損。第9頁(yè)，共17頁(yè)。10 用電子放大鏡觀察膜層外觀，也未發(fā)現(xiàn)上次故障時(shí)的水印花紋等膜層斷裂現(xiàn)象。2011年損壞換下來(lái)的陶瓷板鍍膜上的水印花紋2011換上之后，使用一年半之后的鍍膜典型外觀細(xì)節(jié)第10頁(yè)，共17頁(yè)。 外側(cè)電流板有同步光掃過(guò)的痕跡，在下游段同步痕跡逐漸變寬至5mm，顏色變深，用綢布用力蹭可以擦下來(lái)黑色粉末。11下游段束流中游段第11頁(yè)，共17頁(yè)。 黑色粉末的成分通過(guò)高分辨率電鏡能譜分析結(jié)果如下，主要是碳（C）

7、，并沒(méi)有陶瓷板膜層材料中的硼硅酸鉛和氧化釕的成分，再次說(shuō)明磁鐵真空變壞與陶瓷板膜層無(wú)關(guān)。12元素成分原子核百分比質(zhì)量百分比C76.89%42.31%O 3.93%2.88%Fe2.85%7.29%Cu16.33%47.53%100%100%第12頁(yè)，共17頁(yè)。13下游段束流 當(dāng)然從更換上沖擊磁鐵備件后，儲(chǔ)存環(huán)再次沖700mA流強(qiáng)時(shí)，沒(méi)有再出現(xiàn)真空故障來(lái)看，更換下的沖擊磁鐵確實(shí)存在問(wèn)題。但到底是什么問(wèn)題目前尚不清楚，唯一的線索是外側(cè)電流板下游端和相鄰的同步光擋塊外側(cè)的黑色帶狀附著物?？梢源_定高流強(qiáng)引起的kicker真空變差首先發(fā)生在磁鐵下游端，黑色附著物可能是真空變差后同步光導(dǎo)致的CO2還原反應(yīng)

8、造成的。第13頁(yè)，共17頁(yè)。 目前已將磁鐵所有部件徹底清洗，并更換新制作的鍍膜陶瓷板，然后對(duì)磁鐵進(jìn)行了重新組裝，作為備用沖擊磁鐵隨時(shí)待命。3、采取措施第14頁(yè)，共17頁(yè)。 1、更高能量（2.33GeV）磁鐵系統(tǒng)工作的可能性 1）四極磁鐵進(jìn)入非線性區(qū)域，磁場(chǎng)質(zhì)量可能變差，勵(lì)磁效率變低； 2）其他磁鐵工作在線性區(qū)域，只需關(guān)注溫升等情況； 3）所有磁鐵的勵(lì)磁電流需提高，需要確認(rèn)電源能否提供。 4）需要堅(jiān)持例行檢查、及時(shí)排除線圈漏水和短路等隱患。 2、注入沖擊磁鐵在高流強(qiáng)下可能會(huì)發(fā)生故障，到目前為止總共發(fā)生過(guò)3次故障，都是下游K2發(fā)生的故障，很可能與注入束流有關(guān)。采取的措施， 1）主動(dòng)措施：調(diào)束運(yùn)行時(shí)盡量不要在注入?yún)^(qū)頻繁丟束； 2）被動(dòng)措施：準(zhǔn)備好備件，隨時(shí)準(zhǔn)備更換。四、高能量高流強(qiáng)運(yùn)行時(shí)可能存在的問(wèn)題第15頁(yè)，共17頁(yè)。 1、儲(chǔ)存環(huán)和輸運(yùn)線磁鐵檢修 1）磁鐵接線端子是否松動(dòng)、線圈之間或線圈匝間是否有短路； 2）線圈冷卻水管是否有滲漏，通電后線圈溫度是否正常； 3）插入件大梁運(yùn)動(dòng)絲桿除銹并涂潤(rùn)滑油； 4）注入沖擊磁鐵冷卻水路及流量開(kāi)關(guān)檢查。 2、直線加速器四極透鏡線圈維修 直線加速器末端有3臺(tái)四極透鏡的線圈端子由于年久失修已脫落，目前磁鐵無(wú)法供電工作，線圈端子修復(fù)需要請(qǐng)通用運(yùn)行部及工廠的人員對(duì)磁鐵進(jìn)行拆裝。 3、超導(dǎo)