TCPSS 1011-2022 核聚變磁體電源等離子體擊穿開關(guān)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則

T/CPSS1011—2022目 次前言 II112范引文件 13義術(shù)語(yǔ) 14統(tǒng)單及件和設(shè)2開網(wǎng)系功配置 2開網(wǎng)單基2基運(yùn)原理 3設(shè)要求 35統(tǒng)單及件規(guī)范 5開網(wǎng)系統(tǒng) 5開網(wǎng)單元 5開網(wǎng)單部件 65.4其他 7附錄A（資性子體穿關(guān)絡(luò)元件9A.1流關(guān)9A.2關(guān)絡(luò)9A.3路閘關(guān)9A.4接或9控9附錄B（資性網(wǎng)絡(luò)元薦術(shù)111開網(wǎng)單推術(shù)方11B.2部設(shè)推12I鏈鏈鏈鏈T/CPSS1011—2022前 言本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件由中國(guó)學(xué)會(huì)提出并歸口。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件主要起草人：宋執(zhí)權(quán)、李華、葉玉龍、李傳、張秀青、任志剛、楊晨光、彭振東、何俊佳、袁召、張明、吳翊、吳益飛、史宗謙、姚斯立、畢冬麗、張志成。本文件為首次發(fā)布。IIT/CPSS1011—2022核聚變磁體電源等離子體擊穿開關(guān)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則范圍本導(dǎo)則規(guī)定了核聚變磁體電源等離子體擊穿開關(guān)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能、設(shè)計(jì)和運(yùn)行等方面的技術(shù)要求和相應(yīng)的推薦技術(shù)方案。GB/T156—2017標(biāo)準(zhǔn)電壓GB/T2900.20—2016電工術(shù)語(yǔ)高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)GB/T11022—2011高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求GB50260電力設(shè)施抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB/T17626.2電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)靜電放電抗擾度試驗(yàn)GB/T17626.4電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)GB/T17626.5電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)浪涌(沖擊)抗擾度試驗(yàn)GB/T17626.8電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)工頻磁場(chǎng)抗擾度試驗(yàn)GB/T17626.11電容驗(yàn)測(cè)技?jí)簳?、時(shí)斷電變化抗度驗(yàn)GB/T17626.16電容驗(yàn)測(cè)技術(shù) 0Hz～150kHz模導(dǎo)抗擾試驗(yàn)GB/T17626.18電容驗(yàn)測(cè)技尼振波擾試驗(yàn)除本章節(jié)給出的術(shù)語(yǔ)定義外，GB/T2900.20—2016相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中所界定的術(shù)語(yǔ)及定義同樣適用于本導(dǎo)則。本部分列出適用于本導(dǎo)則的其它術(shù)語(yǔ)和定義。3.1磁體電源coilpowersupply3.2等離體穿關(guān)絡(luò)統(tǒng) switchingnetworksystemforplasmainitiation1T/CPSS1011—20223.3開關(guān)絡(luò)元 Switchingnetworkunit3.4換流關(guān)件 currentcommutationswitchcomponent3.5開關(guān)絡(luò)阻 switchingnetworkresistor3.6旁路閘關(guān)件 bypassmakeswitchcomponent在等離子體放電后閉合，短接開關(guān)網(wǎng)絡(luò)電阻并形成穩(wěn)態(tài)通流電路的部件。3.7儀控件 instrumentationandcontrolcomponent1等離子體開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元各部件的功能參見附錄A。2T/CPSS1011—2022開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元電阻電阻R2開關(guān)網(wǎng)絡(luò)電阻電阻接入開關(guān)電阻R1電纜或連接排電纜或連接排磁體電源變流器磁體負(fù)載直流母線直流母線換流開關(guān)部件合閘開關(guān)電纜或連接排電纜或連接排儀控部件旁路合閘開關(guān)部件后備合閘開關(guān)圖1 開關(guān)絡(luò)元成意圖圖2為開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元各部件的基本運(yùn)行時(shí)序：——T0（狀態(tài)?！猅0R1——T1R2R1支路和R2R1R2——T2時(shí)刻，旁路開關(guān)閉合，電流從開關(guān)網(wǎng)絡(luò)電阻回路換流至旁路合閘開關(guān)回路。旁路合閘開關(guān)部件應(yīng)配置后備合閘開關(guān)，當(dāng)檢測(cè)到合閘開關(guān)動(dòng)作失效，立即觸發(fā)后備合閘開關(guān)。換流開關(guān)部件動(dòng)作

電阻接入開關(guān)動(dòng)作

旁路合閘開關(guān)部件動(dòng)作電流流經(jīng)電流流經(jīng)換流開關(guān)部件電流流經(jīng)電阻R1電流流經(jīng)電阻R||R1 2電流流經(jīng)旁路開關(guān)通流支路T0

T2 時(shí)間圖2 開關(guān)絡(luò)元部的行時(shí)序4.3（Ur）額定電壓等于開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元所在磁體電源的最高運(yùn)行直流電壓。3.67.21224kV見GB/T1569)3T/CPSS1011—2022開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元和部件的額定絕緣水平應(yīng)滿足表1要求。表1 開關(guān)絡(luò)元緣平Ur額定短時(shí)工頻耐受電壓UdkV(有效值)額定雷電沖擊耐受電壓UpkV(峰值)通用值隔離斷口通用值隔離斷口3.6252740467.2303460701242487585246579125145注：出廠試驗(yàn)的相對(duì)地，相間及開關(guān)斷口間采用上表的通用值。注：參見GB/T11022—2011表1。（Ir）開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元各部件的額定電流是指在規(guī)定的使用和性能條件下，設(shè)備能夠持續(xù)承載的電流有效值，應(yīng)根據(jù)磁體電源系統(tǒng)直流側(cè)的額定電流定義。開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元各部件的溫升應(yīng)滿足GB/T11022—2011表3規(guī)定。（Ik）（tk）Ik續(xù)時(shí)間tk80～100ms）。（Ua）（fa）應(yīng)滿足GB/T11022—20114.9和4.10規(guī)定。應(yīng)滿足GB/T11022—20114.11規(guī)定。（t1，t2…）（R1R2…）（t1和t2）阻值（R1和R2）開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)含以下參數(shù)，但不限于：（tctc15。DtDt3ms。4T/CPSS1011—2022tR90%）tR不20ms。旁路開關(guān)合閘時(shí)間（tb：從旁路合閘開關(guān)接收到動(dòng)作指令到最終完成動(dòng)作，系統(tǒng)電流（大于90%tb20。GB/T11022—20112.2.1任何部件不得使用靜置或正常工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體的材料。開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元的防火設(shè)計(jì)應(yīng)滿足GB/T11022—20115.17的規(guī)定。開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元各部件應(yīng)保證金屬外殼部件可靠接地，滿足GB/T11022—20115.3的規(guī)定。各部件通過(guò)冷卻水或支撐結(jié)構(gòu)的接地漏電流不可對(duì)磁體-電源電路接地檢測(cè)造成影響。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過(guò)程不得妨礙核聚變裝置的任何安全系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其功能。（。開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元的設(shè)計(jì)必須滿足電磁兼容設(shè)計(jì)要求。所有單元和部件須在本系統(tǒng)自身產(chǎn)生的磁場(chǎng)環(huán)（儀控部件應(yīng)滿足GB/T17626.2、GB/T17626.4、GB/T17626.5、GB/T17626.8、GB/T17626.11、GB/T17626.16和GB/T17626.18的電磁兼容測(cè)試要求。開關(guān)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)須根據(jù)磁體電源擊穿放電電壓要求，確定開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元的數(shù)目和各單元的額定參數(shù)。開關(guān)網(wǎng)絡(luò)各單元的運(yùn)行需要在系統(tǒng)級(jí)進(jìn)行同步。（R14.4.1.8Dt；4..1.8t）；4.4.1.8（tb）開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元的設(shè)計(jì)原則為：5T/CPSS1011—2022應(yīng)采用模塊化的設(shè)計(jì)思路：即運(yùn)行參數(shù)一致或者接近的磁體電源可以使用相同參數(shù)的開關(guān)部根據(jù)換流開關(guān)部件和旁路合閘開關(guān)部件的運(yùn)行功能要求，應(yīng)盡可能使用換流開關(guān)全部或者部5.1B換流開關(guān)部件設(shè)計(jì)原則為：（GB/T11022—2011第5開關(guān)網(wǎng)絡(luò)電阻的設(shè)計(jì)原則為：（Ir）旁路合閘開關(guān)部件設(shè)計(jì)原則為：GB/T11022—20115開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元各設(shè)備間連接排或電纜的設(shè)計(jì)原則為：6T/CPSS1011—2022對(duì)于大電流機(jī)械開關(guān)觸頭與輔助開關(guān)部件間的連接，應(yīng)采用合適截面的水冷銅母排或水冷鋁對(duì)于并聯(lián)在開關(guān)部件兩端開關(guān)網(wǎng)絡(luò)電阻的母線連接回路，由于大功率開關(guān)網(wǎng)絡(luò)電阻所占空間開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元儀控部件的設(shè)計(jì)原則為：應(yīng)設(shè)置各部件電流傳感器和開關(guān)兩端電壓傳感器，傳感器信號(hào)將作為控制器判斷和觸發(fā)控制其他開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求為：）開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元抗震設(shè)計(jì)要求為：）GB502607T/CPSS1011—2022開關(guān)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)人身安全設(shè)計(jì)要求為：開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元設(shè)計(jì)應(yīng)分析考慮自身在運(yùn)行和故障下產(chǎn)生的磁場(chǎng)環(huán)境，并結(jié)合磁場(chǎng)區(qū)域控制原2）表2 開關(guān)絡(luò)統(tǒng)場(chǎng)制域區(qū)域磁場(chǎng)強(qiáng)度mT控制條件非控區(qū)域<10不控制進(jìn)入控制區(qū)域10～200控制進(jìn)入時(shí)間（<8h）禁止區(qū)域>200禁止進(jìn)入8T/CPSS1011—2022附錄A(規(guī)范性)等離子體擊穿開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元部件功能（1所。包括一系列直流母排和連接線纜，連接換流開關(guān)、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)電阻、旁路合閘開關(guān)及儀控部件。包括相關(guān)部件控制和保護(hù)所必須的儀表測(cè)量設(shè)備和系統(tǒng)，具備以下功能：9T/CPSS1011—202210T/CPSS1011—2022附錄B開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元推薦技術(shù)方案開關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元設(shè)計(jì)的推薦技術(shù)方案見表B.1。（30kA（5A6（>30（>610聯(lián)（80%）（快速直流開斷技術(shù)對(duì)于高電壓（>6kV）/（kV。表B.1 關(guān)絡(luò)元計(jì)推方案設(shè)計(jì)參數(shù)要求換流開關(guān)方案旁路合閘開關(guān)方案參考方案Ir<30kAUr<5kV穩(wěn)態(tài)運(yùn)行晶閘管換流+人工過(guò)零晶閘管換流開關(guān)兼具旁路合閘開關(guān)功能B.2.1.3全控電子開關(guān)全控電子換流開關(guān)兼具旁路合閘開關(guān)功能B.2.1.4全控電子開關(guān)機(jī)械開關(guān)B.2.1.430kA≤Ir≤60kA5kV≤Ur≤10kV穩(wěn)態(tài)運(yùn)行兩級(jí)直流快速斷路器+人工過(guò)零換流開關(guān)兼具旁路合閘開關(guān)功能B.2.1.250kA≤Ir≤100kA10kV<Ur≤40kV脈沖運(yùn)行真空斷路器+人工過(guò)零換流開關(guān)兼具旁路合閘開關(guān)功能B.2.1.1真空斷路器+人工過(guò)零換流開關(guān)兼具旁路合閘開關(guān)功能B.2.1.1空氣吹弧式斷路器+人工過(guò)零換流開關(guān)兼具旁路合閘開關(guān)功能B.2.1.111T/CPSS1011—2022換流開關(guān)部件的關(guān)鍵功能為直流分?jǐn)啵緦?dǎo)則推薦以下幾種不同直流開關(guān)技術(shù)方案作為換流開關(guān)部件的設(shè)計(jì)參考。B.1交流開關(guān)技術(shù)的設(shè)計(jì)或研發(fā)難點(diǎn)在于適用于交流開斷的觸頭機(jī)械結(jié)構(gòu)須進(jìn)行研究并改進(jìn)，使之適用于直流開斷應(yīng)用。機(jī)械通流開關(guān)交流分?jǐn)嚅_關(guān)機(jī)械通流開關(guān)交流分?jǐn)嚅_關(guān)電感 電容晶閘管機(jī)械式換流開關(guān)部件緩沖電容

緩沖電阻圖B.1 流關(guān)術(shù)案應(yīng)于流關(guān)理圖交流開關(guān)換流回路單元的設(shè)計(jì)原則如下：SF6I2t來(lái)計(jì)算選擇串并聯(lián)數(shù)。如必要，可在機(jī)械開關(guān)回路串聯(lián)飽和電抗器，使機(jī)械開關(guān)電流在過(guò)零前能夠維持一段低di/dt的電流區(qū)間，從而改善弧后絕緣介質(zhì)恢復(fù)特性，提高分?jǐn)嗫煽啃浴?2T/CPSS1011—2022本導(dǎo)則給出基于壓縮氣體驅(qū)動(dòng)快速直流分?jǐn)嚅_關(guān)的換流開關(guān)部件參考設(shè)計(jì)。該方案采用機(jī)械開關(guān)1和開關(guān)2配合實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)通流和直流分?jǐn)喙δ荛_關(guān)網(wǎng)絡(luò)電阻氣動(dòng)開關(guān)1氣動(dòng)開關(guān)1氣動(dòng)開關(guān)2晶閘管電感電容晶閘管機(jī)械式換流開關(guān)部件緩沖電容緩沖電阻圖B.2 速動(dòng)關(guān)術(shù)方應(yīng)于流關(guān)理圖圖B.2所示的技術(shù)方案設(shè)計(jì)原則為：（25ms113ms12（）。2～4B2.1.113T/CPSS1011—2022晶閘管換流開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)主要是關(guān)斷過(guò)程無(wú)電弧產(chǎn)生、半導(dǎo)體器件使用壽命長(zhǎng)及系統(tǒng)免維護(hù)時(shí)間長(zhǎng)。半控型晶閘管換流開關(guān)方案如圖B.3所示。（20kA以上）開關(guān)網(wǎng)絡(luò)電阻機(jī)械通流開關(guān)機(jī)械通流開關(guān)晶閘管開關(guān)電感電容晶閘管晶閘管換流開關(guān)緩沖電容緩沖電阻圖B.3 閘換開方案理圖該換流開關(guān)參考方案采用全控型固態(tài)開關(guān)，它與機(jī)械開關(guān)和晶閘管開關(guān)換流單元采用外部電路的B.4開關(guān)網(wǎng)絡(luò)電阻機(jī)械通流開關(guān)機(jī)械通流開關(guān)全控型換流開關(guān)部件緩沖電容

緩沖電阻 圖B.4 控?fù)Q開方案理圖14T/CPSS1011—2022IGBTIGCT可通過(guò)設(shè)計(jì)合適的均流電感實(shí)現(xiàn)多并聯(lián)器件的動(dòng)靜態(tài)均流，設(shè)計(jì)合適的阻容和壓敏電阻保護(hù)圖B.