超导磁铁失超保护综合控制接口单元制造技术

本发明专利技术是一种超导磁铁失超保护综合控制接口单元，属于超导电工技术和电子技术领域，涉及一种电子线路，包括：接口电路１２、逻辑门电路阵列８、ＰＬＣ系统１０、与门电路阵列１６、监控计算机４、对地泄漏电流信号地电流检测单元６、用于给整个系统供电的ＵＰＳ供电系统２。本发明专利技术更适合要求对多个超导线圈同时进行保护的场合，可控制指挥多个失超保护器、多台电源协调工作，实现对多个超导线圈的可靠保护。对故障信号根据其紧急情况进行分级保护、失超保护响应时间短，同步误差小、通讯可靠、数据可实时监控和存储、使用方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超导电工技术和电子
，涉及一种电子线路，可用来保 护超导磁铁免受失超可能导致的毁坏，具体说是一种超导磁铁失超保护综合控 制接口单元。
技术介绍
随着超导技术和超导材料的蓬勃发展，超导磁铁有着广阔的应用前景。由 于超导磁铁体积小、电流密度高、能耗低、场强高等优点，近年来在基础科学 研究、医疗卫生、交通运输、国防工业等重要领域被越来越多的采用。失超(Quench),失超是指超导体从超导态进入常导态，超导线从没有电阻变为有电 阻，电流经过该区域时就会产生热量，当用于超导磁铁的超导体回复到电阻状态 时，就称之为失超(Quench)。这可能是由于温度、外界磁场的强度或承载电流 的密度等某个参数超出其临界值而引起的。超导体的一小部分不再是超导的， 而是进入电阻状态，任何流经该电阻部分的电流都会导致局部焦耳发热。这将 导致该超导体的邻近部分失超，结果形成更大的电阻态体积，这又导致进一步 地焦耳发热。很快地，超导体进入电阻状态，这时如果还有较大的电流仍在流 经该超导体，那是非常危险的，会在一瞬间毁坏超导体。实际应用中，在失超之前，超导磁铁一般会带有可'能为兆焦耳数量级的储 存能量。在失超之后，储能将在导体的电阻态体积中被消耗掉。如果不适当地 控制失超过程，就会在有限的区域内消耗该储能，从而导致局部温度上升，该 局部温度上升会损坏失超开始的部分或附近的线圈区域。已知可以通过扩展失 超过程或转移储能来避免有害的热量集中，这就需要恰当地控制失超过程，也 称为对超导磁铁进行失超保护。超导磁铁失超保护的作用主要是在磁铁发生失超时，将线圈的热点温度控 制在安全范围内。控制热点温度的实质就是控制储能在热点的沉积，失超保护 处理储能的方式有两种 一种是将储能转移到磁铁外面的泄能电阻上； 一种是 通过扩展失超过程来避免有害的热量集中，以便在尽可能多的可用超导体上均 匀的耗散所产生的热量，这将导致基本上涉及整个超导体的失超，意味着任-部分都不应达到危险的温度。该方式一般是为每个超导线圏配备发热器，该发热器与线圈有紧密的热接触，通过向发热器施加电流来实现故意的失超。失超保护有被动保护和主动保护两类。被动保护在失超发生时会自动启动， 一般是通过与超导磁铁耦合的线圈，将磁铁线圈的能量转移到磁铁外面的泄能 电阻上，或者通过与线圈并联的电阻，将线圈分为多个,单元，使失超时能量的 分布比较均匀，从而达到保护的目的。主动保护则复杂的多，需要准确的探测 到失超的发生，再通过保护电路实施预定的保护动作。因为被动保护系统转移 的能量有限，所以多适应于铜超比较大的、无源的超导线圈，对于加速器上使 用的超导磁铁，由于其储能大，铜超比小，超导线截面小，所以需要使用主动 保护系统，以便将绝大部分能量转移到外部的泄能电阻上，控制失超后的热点 温度。主动失超保护系统需要及时准确的探测到失超的发生，然后通过控制电路 完成切断电源、接入卸能电阻创建卸能回路、协调指挥全部相关部件执行预定 动作、记录储存实时数据等。由主动失超保护系统的保'护过程可以看出，主动 失超保护系统主要包括几个部分失超探测器、失超保护器和失超保护综合控 制接口单元。失超探测器的主要功能是监测各种状态信号，在失超发生时能迅速准确的 做出判断，并向相关系统发送触发信号。失超探测器是失超保护系统的关键部件之一，它能否对磁铁的失超作出迅 速准确的判断是整个失超保护系统正常工作的先决条件。失超后超导磁铁以及 各辅助系统的状态都会发生变化，线圈上的电压、电流会发生变化，整个冷却 回路中液氦的压强以及流量也会发生变化。这些状态的变化就是判断失超的依 据，相应的就有多种探测失超的方法。工程实践证明，鬼压抽头是最合适的探 测方法，其探测时间短，准确性高，受系统干扰和随机干扰的影响小。因而电 压抽头的探测方法目前被广泛采用，从初期的模拟电路失超探测到后来的模拟 加数字失超探测，再到近几年开始开发应用的全数字失超探测，失超探测的可 靠性和灵敏度都得到了大幅度的提高。如果说失超探测器是失超保护系统的眼睛，失超保护器是手，那么失超保护综合控制接口单元(QPAIC)就是大脑，其作用十分軍要。QPAIC的主要功能 是失超保护逻辑的处理和控制指挥失超保护器实施保护动作，同时，它还负责 对失超保护器的各种故障、电源故障和对地泄漏电流的变化进行监控记录，实现各部分间信号的交换并将相关的信息存储在计算机中。已知目前国内外失超保护系统还没有专门设计的失超保护综合控制接口单 元(QPAIC)，普遍具有明显的缺点 一是多台超导磁铁的失超保护系统非常庞大和杂乱，信号交换量大、可靠性差。二是对于需要多台超导磁铁同时进行失 超保护的场合，由于同步性太差而难以胜任。三是没有对故障信号根据其紧急 情况进行分级，这样会导致超导线圈频繁失超。四是不利于信号的显示、实时 监控和存储。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就是消除上述的缺点和不足，设计一种能连接多 台需要同时进行失超保护的超导磁铁、对故障信号根据其紧急情况进行分级保 护、同步性好、动作可靠、信号监控和存储便捷的超导磁铁失超保护综合控制 接口单元。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案 一种超导磁铁失超保护综合控制接口单元，包括用于接收来自失超探测器、失超保护器以及电源、低温系统、中央控制室 的与失超保护有关的全部信号的接口电路12;用于对接口电路12输出的全部信号进行逻辑处理的逻辑门电路阵列8; 用于对接口电路12输出的全部信号进行逻辑处理的PLC系统10;用于接收逻辑门电路阵列8的输出信号和PLC系统10的输出信号并对所接收信号进行逻辑与运算的与门电路阵列16:用于完成PC和PLC之间的数据交换，并由监控计算机4进行信号的监控和存储的监控计算机4;用于采集多台超导磁铁及其电源的对地泄漏电流信号，该对地泄漏电流信号被送入监控计算机4的地电流检测单元6;用于给整个系统供电的UPS供电系统2。 所述监控计算机4中装有多路差分模拟量输入卡及通讯卡。 所述UPS供电系统2的输出和监控计算机4、逻辑门电路阵列8、 PLC系统 10、与门电路阵列16的电源端联接，地电流检测单元6的输出和监控计算机4 中的多路差分模拟量输入长联接，PLC系统10通过多点接口总线14和监控计算 机4中的通讯卡联接；逻辑门电路阵列8的输出信g和PLC系统10的输出信都联接在与门电路阵列16的输入端，与门电路阵列16的输出端和接口电路12 联接。本专利技术的优点是更适合要求对多个超导线圈同时进行保护的场合，可控制 指挥多个失超保护器、多台电源协调工作，实现对多个超导线圈的可靠保护。 对故障信号根据其紧急情况进行分级保护、失超保护响应时间短，同步误差小、 通讯可靠、数据可实时监控和存储、使用方便。 附图说明图1为本专利技术整体结构示意图2为本失超保护逻辑联锁方框图。1——-来自失超探测器的信号x多台3——-来自失超保护器的信号x多台5——-来自电源的信号x多台了——-来自低温系统的信号x多台9——-来自中央控制室的信号x多台Il-一送往失超探测器的信号x多台ls—一送往失超保护器的信号x多台15——送往电源的信号x多台17—一送往低温系统的信号x多台19——送往中央控制室的信号x多台具体实施例方式本专利技术是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超导磁铁失超保护综合控制接口单元，其特征在于，所述超导磁铁失超保护综合控制接口单元包括：　用于接收来自失超探测器、失超保护器以及电源、低温系统、中央控制室的与失超保护有关的全部信号的接口电路（１２）；　用于对接口电路（１２）输出的全部信号进行逻辑处理的逻辑门电路阵列（８）；　用于对接口电路（１２）输出的全部信号进行逻辑处理的ＰＬＣ系统（１０）；　用于接收逻辑门电路阵列８的输出信号和ＰＬＣ系统（１０）的输出信号并对所接收信号进行逻辑与运算的与门电路阵列（１６）：　用于完成ＰＣ和ＰＬＣ之间的数据交换，并由监控计算机（４）进行信号的监控和存储的监控计算机（４）；　用于采集多台超导磁铁及其电源的对地泄漏电流信号，该对地泄漏电流信号被送入监控计算机（４）的地电流检测单元（６）；用于给整个系统供电的ＵＰＳ供电系统（２）。

【技术特征摘要】
1、一种超导磁铁失超保护综合控制接口单元，其特征在于，所述超导磁铁失超保护综合控制接口单元包括用于接收来自失超探测器、失超保护器以及电源、低温系统、中央控制室的与失超保护有关的全部信号的接口电路(12)；用于对接口电路(12)输出的全部信号进行逻辑处理的逻辑门电路阵列(8)；用于对接口电路(12)输出的全部信号进行逻辑处理的PLC系统(10)；用于接收逻辑门电路阵列8的输出信号和PLC系统(10)的输出信号并对所接收信号进行逻辑与运算的与门电路阵列(16)用于完成PC和PLC之间的数据交换，并由监控计算机(4)进行信号的监控和存储的监控计算机(4)；用于采集多台超导磁铁及其电源的对地泄漏电流信号，该对地泄漏电流信号被送入监控计算机(4)的地电流检测单元(6)；用于给...

【专利技术属性】
技术研发人员：党怀东，王有云，杨有涛，柴正勇，张文庆，王丽，石立峰，
申请(专利权)人：天水电气传动研究所有限责任公司，
类型：发明
国别省市：62[中国|甘肃]