一种自耦合的超导磁体失超保护系统及方法

1.本发明属于超导磁体保护技术领域，尤其涉及一种自耦合的超导磁体失超保护系统及方法。

背景技术：

2.与常规导体相比，超导体处于超导态时具有零电阻特性，能够承受很大的直流电流而不产生焦耳热。由超导带材绕制而成的超导磁体具有常规磁体难以企及的优势，在科研、医疗、能源等领域中应用广泛。
3.超导体的超导状态受到诸多条件限制，当其电流、温度、磁场中任意一个参数超过临界值，或当外部扰动导致其结构损伤时，超导体就会从超导态转变为有阻的正常态，这个状态转变过程称为失超。当扰动引起超导磁体局部失超时，磁体储能集中于很小的失超区域，导致该区域产生大量焦耳热而成为热点。若不及时采取保护措施，热点处的高温将引起超导体的不可逆损伤和退化，严重时导致磁体烧毁，危害磁体系统及操作人员的安全。因此，失超保护是超导磁体应用中的重要问题。
4.失超保护的核心在于及时采取有效措施，降低热点温度，避免磁体烧毁。从失超时磁体储能的平衡和转移出发，可将常用失超保护方案分为两类。能量平衡是指加速磁体内部失超传播，将原本集中于失超点的能量均匀耗散在整个磁体。但对于最小失超能量高、失超传播速度慢的高温超导材料，加速磁体内部失超传播的难度较大。因此，能量平衡方案在高温超导磁体失超保护中的适用性不强。
5.能量转移是指利用外置释能电路，将储能转移出磁体。相比于能量平衡，能量转移方案对低温超导和高温超导磁体均适用。从能量转移角度出发，以转储电阻作为释能元件的方案是诸多保护方案的基础，其原理是利用电阻-电感电路，将储能从磁体快速转移到转储电阻中。在转储电阻方案的基础上，基于次级线圈耦合的转储方案被广泛研究。该方案包括初级、次级两个回路，初级回路由超导线圈和转储电阻并联而成，次级回路由次级线圈和转储电阻并联而成。其核心是利用超导线圈与次级线圈间的紧密磁耦合，将部分储能转移到次级回路中。研究证明，次级回路的加入吸收了超导线圈的部分储能，有效加速了磁体的放电过程，显著降低了热点温度，达到较好的保护效果。
6.目前常用的次级线圈耦合保护方案大多采用额外绕制的次级线圈，可归为以下几类：(1)在被保护的超导线圈外绕制超导或其他金属材料的次级线圈。(2)将其他金属材料与超导带材进行共绕，以作为次级线圈。(3)利用线圈骨架中的铜环、铜盘、芯棒等结构作为次级线圈。现有次级线圈耦合方案尚未解决的问题包括：(1)额外绕制的次级线圈以及铜盘、铜环、芯棒等结构与超导线圈的耦合紧密程度不足，对放电的加速效果一般。(2)其他金属材料与超导带材的共绕降低了线圈的电流密度，增大了磁体设计制造的复杂性。超导磁体一般由多个超导线圈堆叠而成，在实际运行中，扰动引起的局部失超通常只发生在其中一个线圈内部，极少同时发生在多个线圈中。现有的次级线圈耦合保护方案对磁体中的每个超导线圈均设置完全相同的次级回路，失超时，所有线圈以几乎相同的速率进行放电。对
磁体的整体快速放电使磁场变化剧烈，工作在磁场中的其它设备在磁场的剧烈变化下存在损坏的潜在风险。

技术实现要素：

7.为解决上述技术问题，本发明提出了一种自耦合的超导磁体失超保护系统及方法，利用磁体内超导线圈间紧密的磁耦合，以未失超超导线圈作为次级线圈，吸收部分失超线圈储能，加速其放电过程。相比于传统转储电阻方法，由于超导线圈间的自耦合，本方法中失超线圈的放电速度更快，且仅有失超线圈快速放电，将保护装置对磁体和其他设备的影响降到最小。不同于传统次级线圈耦合方案，本文所述自耦合的保护方案还具有保护成本低廉、耦合程度紧密等突出优势。面向超导磁体的工程应用，本方法充分考虑了磁体运行时的安全冗余，并根据各个位置线圈的不同安全余量，智能选择次级回路的转储电阻值，确保未失超线圈中的电流增长时间短、增幅在安全冗余范围内，兼顾了保护的快速性、选择性和安全性。
8.一方面为实现上述目的，本发明提供了一种自耦合的超导磁体失超保护系统，包括：保护单元和决策单元；
9.所述保护单元设有若干个，超导磁体系统中的每个超导线圈均连接一个所述保护单元；所述保护单元，用于为所述超导线圈在失超时提供保护动作；
10.所述保护单元与超导磁体系统中的超导线圈连接，所述保护单元的数量与所述超导线圈数量相适配；
11.所述决策单元分别与所述超导磁体系统的主回路开关和所述保护单元连接；所述决策单元，用于对所述超导线圈进行检测，控制所述保护单元。
12.可选地，所述保护单元包括：可变转储电阻和可控单向开关；
13.所述可变转储电阻和可控单向开关连接，并与所述超导线圈构成回路；所述可变转储电阻和可控单向开关分别与所述决策单元连接；
14.所述可变转储电阻，用于在所述超导线圈失超时消耗磁体中存储的能量；
15.所述可控单向开关，用于为所述超导线圈提供放电回路。
16.可选地，所述决策单元对所述超导线圈进行检测，控制所述保护单元具体包括：所述决策单元检测所述超导线圈的失超位置，设置所述超导线圈对应的所述可变转储电阻的阻值；产生触发信号，控制所述可控单向开关的通断以及所述主回路开关的通断。
17.可选地，所述决策单元，还用于获取所述放电回路中的电压电流量，基于所述电压电流量确认所述放电回路是否完成放电。
18.另一方面为实现上述目的，本发明还提供了一种自耦合的超导磁体失超保护方法，应用如上述的失超保护系统，包括：
19.对超导线圈设置回路，并获取所述回路的电阻值；
20.在所述超导线圈失超时，对所述回路设置电阻；所述回路包括：失超回路和未失超回路；
21.利用所述未失超回路，协助失超回路的所述超导线圈进行放电
。
22.可选地，每个所述回路均包括：超导线圈、可变转储电阻和可控单向开关。
23.可选地，对所述回路设置电阻包括：
24.将失超超导线圈对应的所述失超回路中的可变转储电阻设置为失超超导线圈对应值，将未失超超导线圈对应的所述未回路中的电阻值设置为未失超超导线圈对应值。
25.可选地，协助失超回路的所述超导线圈进行放电包括：
26.失超回路的所述超导线圈的一部分能量在失超回路中释放，转化为失超回路中的可变转储电阻的热能；
27.失超回路的所述超导线圈的另一部分能量通过电磁耦合，转移到所述未失超回路，转化为所述未失超回路中的可变转储电阻的热能。
28.可选地，协助失超回路的所述超导线圈进行放电还包括：
29.若所述失超回路未完成放电，则不做动作；若所述失超回路已完成放电，则断开所述失超回路并增大所述未失超回路的电阻值，完成超导磁体失超放电。
30.与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
31.本发明解决现有技术方案中失超保护策略无法仅针对失超线圈快速放电、需要绕制额外次级线圈、次级线圈与超导线圈耦合紧密程度不足等问题，利用磁体内超导线圈间的电磁耦合，将失超线圈中部分储能转移到未失超回路，有效加速了失超线圈的放电过程，兼顾了保护的快速性、灵活性和安全性。
附图说明
32.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
33.图1为本发明实施例1的用于多线圈超导磁体系统的自耦合失超保护电路示意图；
34.图2为本发明实施例2的用于多线圈超导磁体系统的自耦合失超保护方法流程示意图；
35.图3为本发明实施例3的保护电路与传统转储电阻的示意图；其中，(a)为自耦合的保护电路，(b)为传统转储电阻方法的保护电路；
36.图4为本发明实施例3的自耦合的保护方法与传统转储电阻方法的放电效果示意图。
具体实施方式
37.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
38.需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
39.本发明提出了一种自耦合的超导磁体失超保护系统，包括：保护单元和决策单元；
40.所述保护单元设有若干个，超导磁体系统中的每个超导线圈均连接一个所述保护单元
41.所述决策单元分别与所述超导磁体系统的主回路开关和所述保护单元连接；所述决策单元，用于对所述超导线圈进行检测，控制所述保护单元。
42.进一步地，所述保护单元包括：可变转储电阻和可控单向开关；
43.所述可变转储电阻和可控单向开关连接，并与所述超导线圈构成回路；所述可变转储电阻和可控单向开关分别与所述决策单元连接；
44.所述可变转储电阻，用于在所述超导线圈失超时消耗磁体中存储的能量；
45.所述可控单向开关，用于为所述超导线圈提供放电回路。
46.决策单元与主回路开关连接，用于控制其开断。决策单元与保护单元的可控转储电阻连接，用于根据失超状况，改变转储电阻值。决策单元与保护单元中的可控单向开关连接，用于控制保护单元投入。
47.进一步地，所述决策单元检测所述超导线圈的失超位置；设置所述超导线圈对应的所述可变转储电阻的阻值；产生触发信号，控制所述可控单向开关的通断以及所述主回路开关的通断。
48.进一步地，所述决策单元，还用于获取所述放电回路中的电压电流量，基于所述电压电流量确认所述放电回路是否完成放电。
49.实施例1
50.本实施例提出一种自耦合的超导磁体失超保护系统，基于磁体内超导线圈间的耦合，考虑磁体运行时的安全余量，智能选择次级回路转储电阻的阻值，将失超线圈部分储能转移到次级回路，加速失超线圈放电。为此，设计了一种应用于超导磁体的失超保护装置，所述超导磁体包括若干超导线圈，所述保护系统包括若干保护单元和一个决策单元。磁体内每个线圈均与一个保护单元并联连接，每个保护单元由一个可变电阻器和一个可控开关管串联而成。决策单元与每个保护单元和主回路开关均有电连接，失超时智能控制每个保护单元对应的转储电阻值，并切换主回路及保护单元开关状态。
51.本实施例的整体技术方案为：
52.步骤1：所述决策单元根据磁体参数，对保护单元中的转储电阻值进行预计算；
53.基于自耦合，对失超时各保护单元的转储电阻值进行预计算，包括与失超线圈对应值及与未失超线圈对应值。
54.(1)失超线圈对应值：作为初级回路，与失超线圈相并联的转储电阻承担大部分线圈储能，其值根据磁体参数来计算，包括超导线圈电感，满足保护要求的初级回路时间常数，按照转储电阻、线圈电感与时间常数的关系计算得到。
55.(2)未失超线圈对应值：作为次级回路，与未失超线圈相并联的转储电阻吸收部分失超线圈储能，加速其放电过程。其值根据该线圈与失超线圈间的耦合系数，考虑各线圈运行的安全余量计算得到。需要指出的是：《1》未失超各线圈与失超线圈间的相对位置不同，导致耦合系数不同。《2》未失超各线圈所处位置的垂直场不同，导致安全余量不同。鉴于此，每一个未失超线圈对应的转储电阻值是不同的。
56.步骤2：所述决策单元采集失超检测装置的检测结果，若失超，则进入步骤3，否则无动作；
57.步骤3：所述决策单元根据失超检测装置判断的失超位置，选择各保护单元中的转储电阻值及开关状态；
58.基于磁体运行的实际情况，对于转储电阻值及开关状态的选择有以下注意点：
59.(1)对于一个以上线圈同时失超的情况，失超保护系统的工作方式如下：若有多线圈失超，则与失超线圈相并联的保护单元阻值均设置为失超线圈对应值；其余单元阻值，按
与该单元并联的线圈与最近失超线圈之间的耦合系数及该线圈的安全余量设置，设置方式如步骤1所述。
60.(2)考虑到磁体首尾两端的线圈所处位置的垂直场最大，安全余量最小。为避免短时电流增加带来的失超风险，系统的工作方式如下：
61.《1》若端部线圈安全余量足够，则按照步骤1的预计算结果正常设置转储电阻值及开关状态。
62.《2》若首尾线圈安全余量不足，当首尾线圈未失超时，端部线圈的保护装置不动作，即设置首尾保护单元的开关状态为关断；若这两个线圈有一个是失超线圈，则与失超线圈并联的保护单元正常投入，转储电阻值为失超线圈对应值；若这两个线圈均失超，则对应保护单元均正常投入。转储电阻值为失超线圈对应值。
63.步骤4：所述决策单元发出触发信号至主电路，驱动主回路开关及保护单元采取相应动作，进行磁体保护。
64.如图1所示，以一个由n个高温超导线圈线圈1-线圈n组成的超导磁体系统为例，电流流向已在图中用箭头标出，12为主回路开关，13为磁体及失超保护系统与电源系统连接的引线，此处也可与传统转储电阻方法相结合组成含主保护和后备保护的双重保护系统，进一步保证失超时磁体的安全性。本实施例中的失超保护装置主要包括保护单元101-10n，分别与每个超导线圈并联连接，以及一个决策单元11。
65.每个保护单元由一个可变转储电阻以及一个可控单向开关管串联而成，转储电阻的作用是在失超时消耗磁体中存储的能量，可控单向开关管的作用是为超导线圈提供放电回路，包括失超线圈电流流经的主放电回路以及未失超线圈电流流经的辅助放电回路。为了防止正常运行时电流从保护系统中流过，开关管采用单向的。决策单元的作用是根据失超检测系统检测到的失超位置，确定每个线圈对应的保护单元中转储电阻的阻值，并产生触发信号，控制每个保护单元中开关管的通断以及主回路开关的通断。此外，决策单元还负责测量各放电回路中的电压电流量，以确认各回路是否完成放电。
66.本发明还提供了一种自耦合的超导磁体失超保护方法，包括：
67.对超导线圈设置回路，并获取所述回路的电阻值；
68.在所述超导线圈失超时，对所述回路设置电阻；所述回路包括：失超回路和未失超回路；
69.基于所述失超回路和未失超回路的电阻，对失超的所述超导线圈进行放电。
70.进一步地，每个所述回路均包括：超导线圈、可变转储电阻和可控单向开关。
71.进一步地，对所述回路设置电阻包括：
72.将失超超导线圈对应的所述失超回路中的可变转储电阻设置为失超超导线圈对应值，将未失超超导线圈对应的所述未回路中的电阻值设置为未失超超导线圈对应值。
73.进一步地，协助失超回路的所述超导线圈进行放电包括：
74.失超回路的所述超导线圈的一部分能量在失超回路中释放，转化为失超回路中的可变转储电阻的热能；
75.失超回路的所述超导线圈的另一部分能量通过电磁耦合，转移到所述未失超回路，转化为所述未失超回路中的可变转储电阻的热能。
76.失超线圈的一部分能量在失超回路中释放，转化为失超回路转储电阻的热能。这
个过程可近似为一个rl电路的放电过程。
77.失超线圈的另一部分能量通过电磁耦合，转移到未失超线圈回路，最终转化为未失超回路中转储电阻的热能。能量通过电磁耦合转移的过程加速了失超线圈放电。
78.进一步地，协助失超回路的所述超导线圈进行放电还包括：
79.若所述失超回路未完成放电，则不做动作；若所述失超回路已完成放电，则断开所述失超回路并增大所述未失超回路的电阻值，完成超导磁体失超放电。
80.实施例2
81.如图2所示，本实施例提供的一种自耦合的超导磁体失超保护方法应用于多线圈超导磁体系统的一种典型工作流程如下：
82.(1)预计算失超回路和未失超回路的电阻值。其中，为了确保放电速度，失超回路的电阻值较大，按照初级回路时间常数要求来计算；未失超回路的阻值按照线圈间的距离分为多级，按照耦合系数及安全余量计算。预计算是指对应不同的失超发生位置，预先计算出较优的电阻值。在失超发生时，根据失超检测系统检测到的位置，投入相应的电阻值。
83.(2)系统运行时主回路开关闭合，各保护回路开关管均关断，决策单元实时读取失超检测系统的监测结果，若无失超现象，则不做任何动作，磁体正常工作；若有失超现象，则首先控制主回路开关断开，停止电源对磁体的供电。
84.(3)断开电源的同时，决策单元根据失超发生位置设置各回路的电阻。将与失超线圈相并联的保护单元中的转储电阻设置为失超线圈对应值，与未失超线圈并联的保护单元中的转储电阻值，按(1)中的计算结果对应设置。
85.各回路电阻设置的主要依据如下：
86.将各回路转储电阻设定为不同值的目的是加速失超线圈放电。因此，失超回路的转储电阻值相较于未失超回路而言更大，用以将部分储能转移到未失超回路。
87.设置电阻值时需要考虑超导线圈的电流安全余量。在超导磁体运行时，需保证运行电流在各线圈的临界电流以下，临界电流与运行电流的差称为安全余量。在自耦合保护系统投入后，未失超回路的电流会有短时的上升，需要保证其峰值仍在临界电流以下，即仍有一定的安全余量。
88.转储电阻的具体设置方案大致分为以下几步：
89.根据磁体保护的安全要求设置失超回路电阻。例如，为将热点温度降低到安全范围之内，要求失超线圈在保护系统动作后2ms内放出至少90％的能量。暂不考虑未失超线圈回路，假设能量都在失超回路中释放，则失超回路放电的时间常数有最大值要求，设这个值为τmax，由rl电路的特性可知，τ＝l/r。根据最大时间常数要求和线圈电感，可确定失超回路转储电阻的最小值rmin。
90.暂定失超回路电阻为上述rmin，为将部分失超能量转移到未失超回路，未失超回路电阻需较失超回路更小。按照各线圈与失超线圈间的耦合系数，先将未失超回路电阻分级设置，例如依次设为0.2rmin、0.1rmin等值。
91.在以上设置的基础上，进行放电过程仿真，计算放电过程中各个线圈的电流安全余量和线圈两端电压峰值。再根据安全余量要求和峰值电压要求，优化调整未失超回路和失超回路电阻。优化的目的是尽可能加快失超线圈放电，约束条件是保证每个线圈在放电过程中均有充足的电流安全余量且峰值电压在安全范围内。
92.考虑各种失超情况，最终得出对应于每种失超情况的最优电阻参数选择方案。
93.注：以上所述具体数字(2ms内放出至少90％的能量、将未失超回路电阻设为0.2rmin、0.1rmin等值)均为举例说明，而非工程实际要求。
94.(4)各保护单元转储电阻值设置完成后，控制各单元的开关管开通，失超线圈通过失超回路以及未失超的次级回路快速放电。值得注意的是，从失超发生到各回路投入放电所需的时间很短，不会导致磁体烧毁。
95.(5)在放电的同时，决策单元实时监控各回路的放电情况，若失超回路未完成放电，则不做动作；若失超回路已完成放电，则断开该回路的开关管并增大各未失超回路的电阻值，加快未失超回路的放电速度。
96.(6)增大未失超回路的阻值后，决策单元实时监测各回路的放电情况，若尚有回路未完成放电，则不做动作，待到所有回路均完成放电，则发出信号，此时可维修磁体，排除故障。
97.(7)待到故障均排除后，磁体和失超保护系统重新按(1)中所述方式投入，系统正常运行。
98.本实施例利用磁体中多个超导线圈间紧密的磁耦合、考虑超导线圈工作的安全冗余，将未失超的超导线圈作为次级线圈，加速失超线圈放电。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：在每个线圈两端均并联一个保护单元，该单元由一个可变转储电阻及一个可控开关管串联构成。设置一个决策单元，读取失超检测装置的输出结果，主要包括磁体运行状态及失超线圈位置，并由此控制每个保护单元中转储电阻的阻值和开关管状态。基本的工作逻辑是：正常工作时，所有保护单元的开关管均关断；在检测到失超发生时，一方面将与失超线圈并联的转储电阻设置为较大的阻值并控制开关管开通，使得该超导线圈所在的电阻-电感放电回路具有较小的时间常数，保证较快的放电速度；另一方面，与未失超超导线圈并联的转储电阻的阻值被设置得较小，同时开关管开通。通过未失超线圈与失超线圈间的强电磁耦合，将失超线圈中储存的部分能量转移到未失超线圈中，加速失超线圈的放电过程。考虑到不同位置线圈与失超线圈间的耦合系数不同，运行的安全冗余也不同，不同位置未失超线圈的释能电阻阻值是不同且可调的，具体的阻值，由决策单元根据当前失超线圈的位置和和实际运行情况，进行调整。该方法基于磁体内部线圈的自耦合，在加速了磁体放电转储过程的同时，还省去了单独的次级线圈，简化了磁体的设计制造，降低了成本。基于耦合系数和安全冗余，通过设置灵活可变的转储电阻值，该方法还实现了仅针对失超线圈的快速放电，有效降低了磁体多线圈系统整体快速放电带来的安全风险和励磁成本。
99.实施例3
100.在本实施例中，超导磁体为一个包含三个超导线圈的小型磁体，三个线圈尺寸相同，均为内径3.5cm的40匝绝缘超导线圈，带材宽度为6mm，厚度为0.185mm，相邻两个线圈间距离为1mm，如图3的(a)所示，线圈依次编号为1、2、3号。在此参数下，计算得每个线圈的自感约为0.22mh，相邻两线圈间的耦合系数约为0.67，线圈1和线圈3间的耦合系数约为0.44。根据磁体的实际参数，预计算得到的失超回路电阻值为0.21ω，未失超阻值分为两个等级，一级阻值为12mω，二级阻值为10.2mω。为了展示本文所述方法与传统转储电阻方法的放电效果对比，对传统转储电阻方法也搭建了仿真模型，其电路结构如图3的(b)所示，失超时
将开关s断开，使磁体储能在转储电阻中释放。在本实施例中，转储电阻值设置为0.63ω，为本实施例自耦合方法中失超线圈对应电阻值的三倍。
101.在以上参数条件下，将磁体工作电流设置为60a，此时中心磁场约为110mt。线圈1和线圈3的临界电流ic约为131a，安全余量为71a；线圈2的临界电流ic约为86a，安全余量为26a。
102.设定磁体初始为正常运行状态，稳态工作电流为60a，在第8s时，失超保护系统检测到线圈1失超并向决策单元发出信号，同时保护系统启动，断开主回路开关并开通三个保护回路的开关管，设置回路1的电阻值为失超阻值，回路2的电阻值为一级未失超阻值，回路3的阻值为二级未失超阻值，图4中展示了失超后6ms内各超导线圈中电流的变化情况。曲线线圈1-线圈3展示了采用本发明所述方法时，三个超导线圈中的电流变化情况。此外，传统转储电阻方法下的线圈电流也在图4中展示出来，采用传统转储方法时，各线圈中的电流是相同的，因此在图4中用一根曲线展示。
103.参照图4的结果，采用本发明所述方法时，失超线圈中的电流在1ms内从60a迅速减小到12.6a，传统转储电阻方法达到相同效果需要1.6ms。可见，本发明所述方法由于利用了超导线圈间的自耦合，能够达到更快的放电速度，在失超发生后短时间内快速释放失超线圈储能，降低热点温度。未失超线圈中的电流有一定程度的短时上升，随后开始下降。在保护过程中，线圈2中电流峰值约为89a，线圈3中电流峰值约为61a，均在安全限度以内。
104.本实施例的结果证明，利用超导线圈间的自耦合能够有效加速失超线圈放电。通过选择合适的转储电阻值，能够将放电过程中各线圈的电流均控制在安全范围内，保证了保护的安全性。
105.在本发明所提出的一种自耦合的超导磁体失超保护系统及方法，该方法利用超导线圈之间的互感来加速失超线圈放电，并能根据失超位置选择不同的保护单元投入方案，实现了保护的快速性、选择性，其主要优点如下：
106.(1)相比于传统超导磁体放电策略，由于利用了超导线圈间的互感，本发明所述方法对于失超线圈的放电速度更快。
107.(2)通过智能选择保护单元中转储电阻的阻值，本发明所述方法实现了仅针对失超线圈的快速放电，待失超线圈中存储的能量释放后，再增大未失超回路电阻，以合适的速度释放未失超线圈中的能量。避免了磁场突变带来的设备损坏风险和整体快速放电对磁体寿命的影响。
108.(3)本发明所述装置通过外置保护单元来实现保护，没有对线圈进行结构性改动，降低了保护成本，保证了线圈的电流密度和机械强度。保护单元的添加方式灵活，可根据实际运行要求来选择，若希望增强转储电阻的散热能力，可将保护单元置于低温区；若希望提高保护系统检修的便捷性，可将保护单元置于常温区。本发明所述保护装置还可与传统基于转储电阻的失超保护装置相结合，作为后备保护提高磁体系统的运行安全性。
109.(4)本发明所述方法运行灵活，考虑了超导磁体实际运行中的多线圈失超、两端线圈垂直场对临界电流的影响等实际因素。
110.(5)本发明所述方法考虑了超导磁体运行时的安全余量，兼顾了保护的安全性和快速性。
111.以上，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何
熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种自耦合的超导磁体失超保护系统，其特征在于，包括：保护单元和决策单元；所述保护单元设有若干个，超导磁体系统中的每个超导线圈均连接一个所述保护单元；所述保护单元，用于为所述超导线圈在失超时提供保护动作；所述保护单元与超导磁体系统中的超导线圈连接，所述保护单元的数量与所述超导线圈数量相适配；所述决策单元分别与所述超导磁体系统的主回路开关和所述保护单元连接；所述决策单元，用于对所述超导线圈进行检测，控制所述保护单元。2.根据权利要求1所述的自耦合的超导磁体失超保护系统，其特征在于，所述保护单元包括：可变转储电阻和可控单向开关；所述可变转储电阻和可控单向开关连接，并与所述超导线圈构成回路；所述可变转储电阻和可控单向开关分别与所述决策单元连接；所述可变转储电阻，用于在所述超导线圈失超时消耗磁体中存储的能量；所述可控单向开关，用于为所述超导线圈提供放电回路。3.根据权利要求2所述的自耦合的超导磁体失超保护系统，其特征在于，所述决策单元对所述超导线圈进行检测，控制所述保护单元具体包括：所述决策单元检测所述超导线圈的失超位置，设置所述超导线圈对应的所述可变转储电阻的阻值，产生触发信号，控制所述可控单向开关的通断以及所述主回路开关的通断。4.根据权利要求2所述的自耦合的超导磁体失超保护系统，其特征在于，所述决策单元，还用于获取所述放电回路中的电压电流量，基于所述电压电流量确认所述放电回路是否完成放电。5.一种自耦合的超导磁体失超保护方法，应用如权利要求1-4任一所述的失超保护系统，其特征在于，包括：对超导线圈设置回路，并获取所述回路的电阻值；在所述超导线圈失超时，对所述回路设置电阻；所述回路包括：失超回路和未失超回路；利用所述未失超回路，协助失超回路的所述超导线圈进行放电。6.根据权利要求5所述的自耦合的超导磁体失超保护方法，其特征在于，每个所述回路均包括：超导线圈、可变转储电阻和可控单向开关。7.根据权利要求6所述的自耦合的超导磁体失超保护方法，其特征在于，对所述回路设置电阻包括：将失超超导线圈对应的所述失超回路中的可变转储电阻设置为失超超导线圈对应值，将未失超超导线圈对应的所述未回路中的电阻值设置为未失超超导线圈对应值。8.根据权利要求6所述的自耦合的超导磁体失超保护方法，其特征在于，协助失超回路的所述超导线圈进行放电包括：失超回路的所述超导线圈的一部分能量在失超回路中释放，转化为失超回路中的可变转储电阻的热能；失超回路的所述超导线圈的另一部分能量通过电磁耦合，转移到所述未失超回路，转化为所述未失超回路中的可变转储电阻的热能。9.根据权利要求6所述的自耦合的超导磁体失超保护方法，其特征在于，协助失超回路
的所述超导线圈进行放电还包括：若所述失超回路未完成放电，则不做动作；若所述失超回路已完成放电，则断开所述失超回路并增大所述未失超回路的电阻值，完成超导磁体失超放电。

技术总结

本发明提供了一种自耦合的超导磁体失超保护系统及方法，包括：若干保护单元和一个决策单元；超导磁体系统中的每个超导线圈均连接一个所述保护单元；所述保护单元，用于为所述超导线圈在失超时提供保护动作；所述决策单元分别与所述超导磁体系统的主回路开关和所述保护单元连接；所述决策单元，用于对所述超导线圈进行检测，控制所述保护单元。本发明解决现有技术方案中失超保护策略无法仅针对失超线圈快速放电、需要绕制额外次级线圈、次级线圈与超导线圈耦合紧密程度不足等问题，利用磁体内超导线圈间的电磁耦合，将失超线圈中部分储能转移到未失超回路，有效加速了失超线圈的放电过程，兼顾了保护的快速性、灵活性和安全性。性。性。