DB34 T 3769.1-2020 磁约束核聚变装置极向场超导磁体绝缘测试技术要求 第1部分：总体要求.pdf

1、 ICS 25.220.20 CCS F 04 34 安 徽 省 地 方 标 准 DB34/T 3769.12020 磁约束核聚变装置极向场超导磁体绝缘测 试技术要求 第1部分：总体要求 Technical specifications for testing insulation of poloidal superconducting magnets in magnetic confinement nuclear fusion devicePart 1: General specifications 2020-11-27发布 2020-12-27实施 安徽省市场监督管理局 发 布 DB34/

2、T 3769.12020 I 前 言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定 起草。 本文件是 DB34/T 3769磁约束核聚变装置极向场超导磁体绝缘测试技术要求的第1部分。DB34/T 3769 已经发布了以下部分： 第1部分：总体要求。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国科学院等离子体物理研究所提出。 本文件由安徽省核聚变工程技术及应用标准化技术委员会归口。 本文件起草单位：中国科学院等离子体物理研究所、安徽省质量和标准化研究院。 本文件主要起草人：吴欢、宋云涛、陆坤、卫靖、程鸣、

3、吴维越、沈光、文军、文伟、俞小伍、胡 兵、谢延玉、商明明、王春雨。 DB34/T 3769.12020 II 引 言 DB34/T 3769磁约束核聚变装置极向场超导磁体绝缘测试技术要求旨在制定磁约束核聚变装置 极向场超导磁体绝缘测试技术要求，确保聚变装置分析与优化结果的精确度和可靠性，为核聚变装置设 计提供重要的参考与依据，拟由五个部分构成。 第1部分：总体要求。目的在于确立磁约束核聚变装置极向场超导磁体绝缘测试需要遵循的总 体要求。 第2部分：电学测试技术要求。目的在于确立磁约束核聚变装置极向场超导磁体绝缘测试电学 测试需要遵循的相关要求。 第3部分：力学测试技术要求。目的在于确立磁约束核

4、聚变装置极向场超导磁体绝缘测试力学 测试需要遵循的相关要求。 第4部分：热学测试技术要求。目的在于确立磁约束核聚变装置极向场超导磁体绝缘测试热学 测试需要遵循的相关要求。 第5部分：其他测试技术要求。目的在于确立磁约束核聚变装置极向场超导磁体绝缘测试光学 显微观察需要遵循的相关要求。 DB34/T 3769.12020 1 磁约束核聚变装置极向场超导磁体绝缘测试技术要求 第1部分：总 体要求 1 范围 本文件规定了磁约束核聚变装置极向场超导磁体绝缘测试的术语和定义、测试基本要求、部件制造 认证阶段测试、铜导体双饼模拟件制造认证件测试、双饼制造阶段测试、线圈模拟样件测试、线圈附件 模拟样件测试、

5、线圈出厂测试、线圈验收测试和磁体调试及服役期间测试。 本文件适用于磁约束核聚变装置极向场超导磁体的绝缘测试，也可供其他具有和磁约束核聚变装置 极向场超导磁体相似结构和工况的磁体绝缘测试参考。 2 规范性引用文件 本文件没有规范性引用文件。 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 极向场超导磁体 poloidal superconducting magnet 托卡马克装置中工作在大电流、脉冲模式下的超临界氦冷却的环形超导磁体，产生的极向磁场来控 制等离子体的位置和形状。 3.2 超导磁体绝缘 magnet insulation 由绝缘材料按一定结构组成，用来对磁体的部件之间以及磁体

6、对地进行电气隔离，并提供线圈导体 机械支撑的磁体构成部分。 注： 本标准中磁体绝缘指极向场超导磁体绝缘。磁体绝缘先后通过绝缘材料复合、绝缘包绕、真空压力浸渍的处理 工艺得到，其中真空压力浸渍是指在真空和压力的配合下，将包绕绝缘的线圈放置于模具中，在一定的温度制 度下将模具中充树脂以填满导体之间的空隙并将其固化的工艺；当不具备严格的温度和真空及压力条件时，也 可采用湿法或预浸料法的绝缘处理工艺。磁体绝缘包括导体匝间绝缘、相邻双饼间绝缘、磁体对地绝缘。磁体 绝缘工况包括随磁体所经历的冷热循环和氦低温工作环境，以及磁体在控制等离子体、放电、故障态的工作模 式下对绝缘带来的相应力学及热学、电学负荷。

7、4 测试基本要求 4.1 测试活动 测试者根据绝缘材料和结构的设计目标，面向包括热应力、机械负荷、核辐照在内的绝缘工况，在 磁体生产、验收、服役的各个阶段通过电学、力学、热学以及其他测试方法对绝缘的性能进行评估，并 作出是否达到线圈制造和工作要求判断。 DB34/T 3769.12020 2 测试的具体操作按照事先拟定的测试计划进行。测试计划中给出测试项目的操作步骤、测试设备技 术参数、测试装置构成、测试结果记录、测试条件记录、测试目标值、结论等。测试计划中可包含穿插 于测试步骤中对绝缘结构进行的室温、液氮或液氦温度下的低温机械疲劳，以及室温至液氮或液氦温度 的冷热循环。机械疲劳或冷热循环是为

8、了模拟绝缘结构的实际工况，以检查绝缘结构在此经历前后的性 能水平及变化。机械疲劳或冷热循环是绝缘测试的一部分。 4.2 测试类型 4.2.1 生产测试：磁体生产过程中对部件进行的测试，用以阶段性确认绝缘性能。 4.2.2 验收测试：磁体验收时对整个磁体进行的测试，用以确认最终交付物的绝缘性能。 4.2.3 重复测试：在磁体调试及服役期间，当对磁体的一部分进行了更改或维护后进行的测试，用以 确认磁体绝缘的性能退化水平。 4.3 测试对象 包括： a) 磁体的主要构成部分： 1) 氦进管：磁体冷却介质超临界氦在导体上的引入通道； 2) 尾段：磁体出线头与邻近的倒数第2匝导体之间保持机械连接但电气隔

9、离的连接机构； 3) 接头：磁体内部各导体间以及磁体与外界馈线间的电连接机构； 4) 双饼：2根超导导体通过双线螺旋并绕得到的2层饼状子线圈； 5) 线圈：双饼经轴向堆叠得到的最终磁体； 6) 填充块：用环氧树脂玻璃纤维层压板加工得到的， 用来将线圈几何外形补偿到指定形状、 大小的块状填充物。 b) 其他附属部分： 1) 高压引线：从磁体导体上引出的失超探测用电位引线； 2) 轴向绝缘子：隔断磁体与冷却介质传输管道电连接但保持机械连接的管状部件； 3) 外部屏蔽层：附于磁体对地绝缘层外的平抑静电荷集中分布的导电层。 注： 除以上作为磁体构成部分的部件外，和绝缘测试相关的还有为了验证绝缘材料、结

10、构、处理工艺而特别制作的 样件，包括绝缘材料认证、绝缘模拟、氦进管绝缘、尾段绝缘、铜导体双饼模拟件、线圈模拟、高压引线模拟、 轴向绝缘子模拟样件。 5 部件制造认证阶段测试 5.1 氦进管测试 测试包括： a) 表面目视检查； b) 室温下直流耐压、工频交流耐压、工频交流局部放电、帕邢测试； c) 至少1次冷热循环； d) 冷热循环后表面目视检查； e) 冷热循环后室温下直流耐压、工频交流耐压、工频交流局部放电、帕邢测试。 5.2 尾段测试 5.2.1 尾段局部模拟件测试 DB34/T 3769.12020 3 测试包括： a) 表面目视检查； b) 室温下匝间及对地绝缘直流耐压、工频交流耐压

11、、工频交流局部放电； c) 低温机械疲劳； d) 低温机械疲劳后表面目视检查； e) 低温机械疲劳后室温下直流耐压、工频交流耐压、工频交流局部放电； f) 切片后截面光学显微检查。 5.2.2 尾段与出线头焊缝模拟件测试 测试包括： a) 表面目视检查； b) 室温下匝间及对地绝缘直流耐压、工频交流耐压、工频交流局部放电； c) 冷热循环； d) 冷热循环后的表面目视检查； e) 冷热循环后室温下直流耐压、工频交流耐压、工频交流局部放电、帕邢测试。 5.3 绝缘材料认证样件测试 5.3.1 机械性能测试样件测试 测试包括： a) 0及90方向拉伸强度测试（0及90相对于绝缘复合带包绕方向， 其

12、中0方向和包绕 方向平行，90方向和包绕方向垂直）； b) 层间剪切强度测试； c) 拉伸疲劳强度测试。 5.3.2 粘接性能测试样件测试 45压缩剪切强度测试（45相对于绝缘与导体粘接面，以与粘接面平行为0，与粘接面垂直为 90）。 5.4 绝缘模拟件测试 5.4.1 绝缘模拟件测试样件构成 测试样件共有2个，样件中导体及绝缘结构全同，但在测试过程中将分别包含不同的项目。 5.4.2 样件一测试 测试包括： a) 表面目视检查； b) 室温下匝间及对地绝缘直流耐压、工频交流耐压、工频交流局部放电测试； c) 5次冷热循环； d) 冷热循环后表面目视检查； e) 冷热循环后室温下匝间及对地绝缘

13、直流耐压、工频交流耐压、工频交流局部放电测试； f) 低温下匝间及对地绝缘直流耐压、工频交流耐压、工频交流局部放电测试； g) 室温下帕邢测试； h) 切片后截面光学显微观察； DB34/T 3769.12020 4 i) 绝缘与导体粘接面剪切强度测试。 5.4.3 样件二测试 测试包括： a) 表面目视检查； b) 室温下匝间及对地绝缘直流耐压、工频交流耐压、工频交流局部放电测试； c) 5次冷热循环； d) 冷热循环后表面目视检查； e) 冷热循环后室温下匝间及对地绝缘直流耐压、 工频交流耐压、 工频交流局部放电测试； f) 低温压缩疲劳测试； g) 低温压缩疲劳测试后室温下匝间及对地绝缘

14、直流耐压、 工频交流耐压、 工频交流局部放电测 试； h) 室温下匝间绝缘直流击穿强度测试。 6 铜导体双饼模拟件制造认证件测试 测试包括： a) 真空压力浸渍前的匝间绝缘电容放电法测试； b) 真空压力浸渍后的匝间绝缘电容放电法测试； c) 真空压力浸渍后的双饼间绝缘的直流耐压、工频交流耐压、帕邢测试； d) 表面目视检查及截面光学显微检查； e) 双饼制造用绝缘填充块的弹性模量、泊松比、热胀系数测试。 7 双饼制造阶段测试 测试包括： a) 真空压力浸渍前的匝间绝缘电容放电法测试； b) 真空压力浸渍后的匝间绝缘电容放电法测试； c) 真空压力浸渍后的双饼间绝缘的直流耐压、工频交流耐压。

15、8 线圈模拟样件测试 测试包括： a) 双饼间绝缘的直流耐压、工频交流耐压、工频交流局部放电测试； b) 对地绝缘的直流耐压、工频交流耐压、工频交流局部放电测试。 c) 表面目视检查及截面光学显微检查。 9 线圈附件模拟样件测试 9.1 高压引线模拟样件测试 测试包括： a) 直流耐压、工频交流耐压测试； b) 至少1次冷热循环； DB34/T 3769.12020 5 c) 冷热循环后直流耐压、工频交流耐压测试、帕邢测试。 9.2 轴向绝缘子模拟样件测试 测试包括： a) 直流耐压、工频交流耐压测试； b) 至少1次冷热循环； c) 冷热循环后直流耐压、工频交流耐压测试、帕邢测试。 10 线圈出厂测试 测试包括： a) 对地绝缘的直流耐压、工频交流耐压测试； b) 安装高压引线、轴向绝缘子后的对地绝缘的直流耐压、工频交流耐压、帕邢测试。 11 线圈验收测试 测试包括： a) 室温下对地绝缘的直流耐压、工频交流耐压测试； b) 1次冷热循环； c) 冷热循环后室温下对地绝缘的直流耐压、工频交流耐压测试、帕邢测试。 12 磁体调试及服役期间测试 磁体在调试及服役期间对绝缘性能进行了修改或维护后，进行对地绝缘的直流耐压、工频交流耐压 测试。