[发明专利]一种水冷磁体安全保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及特种设备和装置的保护技术领域，尤其涉及一种针对稳态的、具有超高场强的水冷磁体安全保护方法。

背景技术

超大功率水冷磁体可以为科学研究提供稳定的高强磁场实验条件，其中，水冷磁体线圈、大功率高稳定电源以及大功率冷却水系统等配套装置均处于极端工作状态。因而，水冷磁体安全保护系统是确保整个磁体装置能够安全可靠运行不可或缺的重要系统，使装置在出现故障或潜在危险时能够自动进入安全状态。保护方法是水冷磁体安全保护系统的核心。

世界上现有稳态强磁场水冷磁体装置中均采用了相应的故障检测方法和系统。文献1[Hybrid RMPS,http://sthmac.magnet.fsu.edu/hybrid/RMPS/index.html,2009]中介绍了美国国家强磁场实验室对一个新建成的水冷磁体测量其不同工作电流I下的线圈端电压V，拟合出线圈端电压V和工作电流I之间四次关系曲线，在该水冷磁体以后运行过程中根据拟合关系式计算出预期线圈端电压VC，并与实测的线圈端电压Vm进行对比。文献2[High Magnetic Field Laboratory of Grenoble.Control-Monitoring System of the 20 MW Installation[M].Grenoble:High Magnetic Field Laboratory of Grenoble,1996.12-15.]中阐述法国Grenoble强磁场实验室根据水冷磁体首次运行过程中的工作电流I和线圈端电压V，得到不同工作电流I下的线圈电阻R，拟合出线圈电阻R和工作电流I之间二次关系曲线，在以后运行过程中比较计算出的预期线圈电阻RC和实测线圈电阻Rm。文献3[Y.Nakagawa,G.Kido,S.Miura,et al.Monitoring of a Water-cooled Coil of a Hybrid Magnet by means of Precise Measurements of Field and Resistance[J].IEEE Trans.magn,1988,24(2):1387-1389]介绍了日本筑波强磁场实验室则是寻求水冷磁体消耗功率P与线圈电阻R之间的关系，依据此关系曲线进行故障检测。

虽然上述水冷磁体故障检测方法不尽相同、各具特点，但是有两个问题尚未解释清楚。一是在水冷磁体首次运行时拟合出各种关系曲线的过程中是如何保护水冷磁体的；另一个是各种关系曲线数学表达式是如何选取的。

发明内容

本发明提出一种水冷磁体安全保护方法，所要解决的问题是：建立水冷磁体线圈电阻数学模型，并且能对水冷磁体在首次标定运行过程中以及在标定后实际运行中进行有效保护。

为了实现以上技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种水冷磁体安全保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在水冷磁体首次上电运行之前，按由小到大顺序和等间隔原则，确定水冷磁体工作电流集合；

(2)在水冷磁体首次运行时，按照确定的工作电流集合给水冷磁体进行通电；

(3)采集水冷磁体运行参数，并对采集数据进行滤波处理；

(4)在首次标定运行过程中，利用水冷磁体线圈电阻与其消耗功率之间的线性关系，建立水冷磁体首次运行时的保护策略，对水冷磁体进行初步的有效保护；

(5)采用水冷磁体线圈电阻多项式模型，对其进行标定拟合，建立水冷磁体线圈电阻数学表达式；

(6)基于所建立的水冷磁体线圈电阻数学模型，确定水冷磁体故障判断机制，对标定后实际运行中的水冷磁体进行保护。

下面对上述各个方法步骤作进一步说明。

确定水冷磁体首次运行时的工作电流集：对水冷磁体的工作电流从最小值到最大值进行等间隔划分，确定水冷磁体工作电流集合I_i(i＝1,2,...,n，n≥5)，其中I₁为最小工作电流，I_n为最大工作电流。

水冷磁体首次运行数据采集：典型的水冷磁体运行时参数有工作电流、线圈端电压、冷却水入口水温、冷却水出口水温、冷却水入口水压、冷却水出口水压，所有参数采样率为20ksps。

对采集数据进行处理：对所有采集参数进行5ms内的平均滤波，50ms内的滑动窗口滤波。

建立水冷磁体线圈电阻与功率的线性关系：由采集并处理过的线圈电压和工作电流，得到线圈电阻和消耗功率，根据最小二乘法拟合出线圈电阻与消耗功率的线性关系。