管內(nèi)電纜導(dǎo)體（CICC）型超導(dǎo)磁體電氣絕緣性能測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)研究報(bào)告EnglishTitleResearchReportontheStandardizationofElectricalInsulationPerformanceTestMethodsforCable-in-ConduitConductor(CICC)TypeSuperconductingMagnets摘要隨著大科學(xué)裝置向更高磁場(chǎng)、更大規(guī)模和更長(zhǎng)壽命方向發(fā)展，超導(dǎo)磁體作為核心部件，其電氣絕緣性能的可靠評(píng)估成為關(guān)鍵技術(shù)瓶頸之一。管內(nèi)電纜導(dǎo)體（CICC）型超導(dǎo)磁體因其高載流能力、優(yōu)異穩(wěn)定性及高效冷卻特性，已成為聚變堆、粒子加速器、強(qiáng)磁場(chǎng)裝置等國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的首選技術(shù)路線。然而，現(xiàn)有國(guó)際與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)尚未系統(tǒng)覆蓋該類磁體在極端工況（深低溫、高磁場(chǎng)、瞬態(tài)高電壓）下的絕緣性能測(cè)試要求，嚴(yán)重制約其工程化應(yīng)用與安全性評(píng)估。本標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)旨在建立一套科學(xué)、規(guī)范、可操作的電氣絕緣性能測(cè)試方法，涵蓋直流耐壓、交流耐壓及帕邢測(cè)試等關(guān)鍵項(xiàng)目，為超導(dǎo)磁體的設(shè)計(jì)驗(yàn)證、制造質(zhì)量控制和運(yùn)行安全提供技術(shù)依據(jù)。本報(bào)告從立項(xiàng)必要性、預(yù)期效益、技術(shù)可行性、適用范圍及主要內(nèi)容等方面展開(kāi)系統(tǒng)分析，表明該標(biāo)準(zhǔn)將顯著提升我國(guó)超導(dǎo)磁體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化水平，支撐重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的自主研制與國(guó)際化推廣。關(guān)鍵詞：超導(dǎo)磁體；管內(nèi)電纜導(dǎo)體；電氣絕緣測(cè)試；耐壓試驗(yàn)；帕邢測(cè)試；標(biāo)準(zhǔn)化Keywords:SuperconductingMagnet;Cable-in-ConduitConductor(CICC);ElectricalInsulationTest;WithstandVoltageTest;PaschenTest;Standardization正文一、立項(xiàng)背景與必要性大型高場(chǎng)超導(dǎo)磁體技術(shù)是新一代大科學(xué)裝置升級(jí)換代的核心基礎(chǔ)，對(duì)前沿物理、能源開(kāi)發(fā)、材料科學(xué)及生命醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有不可替代的支撐作用。以磁約束聚變裝置為例，其能量輸出與磁場(chǎng)強(qiáng)度的四次方成正比，因此提升磁場(chǎng)強(qiáng)度成為國(guó)際聚變競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵焦點(diǎn)。目前，極高場(chǎng)超導(dǎo)磁體的磁場(chǎng)強(qiáng)度已從10T逐步提升至30T以上，運(yùn)行電流達(dá)到百千安培量級(jí)，對(duì)電氣絕緣性能提出了極高要求。管內(nèi)電纜導(dǎo)體（CICC）型超導(dǎo)磁體因其結(jié)構(gòu)緊湊、載流能力強(qiáng)、冷卻效率高、穩(wěn)定性好，已成為聚變堆磁體、加速器磁體和穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)裝置的首選技術(shù)路線。然而，該類磁體制造工藝復(fù)雜，需在深低溫（4.2K）、高磁場(chǎng)（＞10T）、高機(jī)械應(yīng)力及周期性電磁載荷下長(zhǎng)期運(yùn)行，絕緣材料易出現(xiàn)老化、裂紋和局部放電等現(xiàn)象。在故障狀態(tài)下，瞬時(shí)電壓可高達(dá)數(shù)十kV，絕緣失效風(fēng)險(xiǎn)顯著增加?，F(xiàn)有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（如IEC62351、IEEE1897等）主要針對(duì)常規(guī)超導(dǎo)磁體或低溫絕緣材料，未能全面覆蓋CICC型磁體的特殊工況和測(cè)試需求，導(dǎo)致工程應(yīng)用中缺乏統(tǒng)一、可靠的性能評(píng)估依據(jù)。因此，制定專門針對(duì)CICC型超導(dǎo)磁體的電氣絕緣性能測(cè)試方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，已成為保障重大科技基礎(chǔ)設(shè)施安全運(yùn)行、推動(dòng)超導(dǎo)技術(shù)工程化應(yīng)用的迫切需求。二、預(yù)期效益分析本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，將產(chǎn)生顯著的科學(xué)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益：1.科學(xué)效益：為CICC型超導(dǎo)磁體提供標(biāo)準(zhǔn)化、可復(fù)現(xiàn)的測(cè)試方法，支撐其在高場(chǎng)、高電流工況下的可靠性設(shè)計(jì)與性能驗(yàn)證，推動(dòng)超導(dǎo)磁體技術(shù)向更高參數(shù)發(fā)展。2.經(jīng)濟(jì)效益：超導(dǎo)磁體作為聚變堆、加速器等大科學(xué)裝置的核心部件，成本占比超過(guò)30%。本標(biāo)準(zhǔn)將促進(jìn)超導(dǎo)磁體的批量化、標(biāo)準(zhǔn)化制造，降低研發(fā)與制造成本，預(yù)計(jì)在未來(lái)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)中可帶來(lái)百億級(jí)的經(jīng)濟(jì)效益。3.社會(huì)效益：通過(guò)建立自主可控的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，提升我國(guó)在超導(dǎo)磁體領(lǐng)域的國(guó)際話語(yǔ)權(quán)，支撐“中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)”走出去，增強(qiáng)我國(guó)在重大科技基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的國(guó)際影響力。三、技術(shù)可行性分析本項(xiàng)目申報(bào)單位中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院是我國(guó)磁約束聚變與超導(dǎo)技術(shù)研究的重要基地，具備雄厚的技術(shù)積累和實(shí)驗(yàn)條件：-已建成并運(yùn)行全超導(dǎo)托卡馬克EAST、穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)裝置SHMFF兩個(gè)國(guó)家大科學(xué)裝置；-正在承擔(dān)“十三五”聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施（CRAFT）的建設(shè)任務(wù)；-作為ITER中國(guó)工作組核心單位，承擔(dān)了73%的中國(guó)采購(gòu)包任務(wù)，包括PF6極向場(chǎng)超導(dǎo)磁體的研制，該磁體為全球最大的CICC型超導(dǎo)磁體之一，已于2021年通過(guò)ITER國(guó)際認(rèn)證并成功安裝；-目前正在研制14.5T級(jí)TF縱場(chǎng)超導(dǎo)磁體，為國(guó)際在建最高磁場(chǎng)CICC型磁體系統(tǒng)。研究院擁有完整的超導(dǎo)磁體設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試平臺(tái)，包括大型低溫絕緣測(cè)試系統(tǒng)、高電壓耐壓試驗(yàn)裝置、帕邢測(cè)試平臺(tái)等，為本標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了充分的技術(shù)支撐和實(shí)踐基礎(chǔ)。四、范圍與主要技術(shù)內(nèi)容1.范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了管內(nèi)電纜導(dǎo)體（CICC）型超導(dǎo)磁體在制造完成后、正式投運(yùn)前的電氣絕緣性能測(cè)試方法，包括直流耐壓測(cè)試、交流耐壓測(cè)試和帕邢測(cè)試。本標(biāo)準(zhǔn)適用于聚變堆磁體、加速器磁體、強(qiáng)磁場(chǎng)磁體等類似結(jié)構(gòu)與工況的超導(dǎo)磁體絕緣性能驗(yàn)收與安全評(píng)估。2.主要技術(shù)內(nèi)容-范圍：明確標(biāo)準(zhǔn)適用的磁體類型、測(cè)試階段和工況條件；-規(guī)范性引用文件：引用GB/T、IEC、IEEE等相關(guān)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)；-術(shù)語(yǔ)和定義：統(tǒng)一CICC型超導(dǎo)磁體絕緣測(cè)試相關(guān)術(shù)語(yǔ)；-測(cè)試原理：闡明直流耐壓、交流耐壓及帕邢測(cè)試的物理基礎(chǔ)與評(píng)估依據(jù)；-儀器設(shè)備：規(guī)定測(cè)試系統(tǒng)、傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備的性能要求；-試驗(yàn)步驟：詳細(xì)描述試樣準(zhǔn)備、測(cè)試環(huán)境搭建、電壓施加程序、數(shù)據(jù)記錄與異常處理流程；-測(cè)試報(bào)告：明確報(bào)告應(yīng)包含的內(nèi)容格式，如試樣信息、測(cè)試條件、結(jié)果分析、結(jié)論與建議等。主要參與單位介紹中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院（以下簡(jiǎn)稱“合肥研究院”）是我國(guó)磁約束聚變科學(xué)與超導(dǎo)技術(shù)研究的重要國(guó)家基地，依托安徽合肥綜合性國(guó)家科學(xué)中心，承擔(dān)了多項(xiàng)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)行任務(wù)。合肥研究院下設(shè)等離子體物理研究所、強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心等多個(gè)研究單元，在超導(dǎo)磁體技術(shù)領(lǐng)域處于國(guó)際先進(jìn)水平。該院先后成功研制并運(yùn)行了EAST全超導(dǎo)托卡馬克裝置和穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，目前正在承擔(dān)聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施（CRAFT）的建設(shè)。在ITER計(jì)劃中，合肥研究院承擔(dān)了中國(guó)采購(gòu)包中73%的任務(wù)，包括PF6超導(dǎo)線圈、校正場(chǎng)線圈、超導(dǎo)饋線系統(tǒng)等核心部件，其技術(shù)成果多次通過(guò)國(guó)際評(píng)估并獲得高度認(rèn)可。合肥研究院擁有亞洲領(lǐng)先的超導(dǎo)磁體綜合測(cè)試平臺(tái)，具備從材料分析、絕緣工藝到全尺寸磁體測(cè)試的全鏈條能力，為本標(biāo)準(zhǔn)的起草提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。結(jié)論與展望本標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)基于國(guó)家重大戰(zhàn)略需求與前沿技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，聚焦CICC型超導(dǎo)磁體電氣絕緣性能測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題，具有顯著的必要性、前瞻性和可行性。通過(guò)本標(biāo)準(zhǔn)的制定與實(shí)施，將填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)空白，為我國(guó)超導(dǎo)磁體技術(shù)的規(guī)范化、國(guó)際化發(fā)展提供重要支撐。未來(lái)，隨著聚變能源、高能物理、材料科學(xué)等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，超導(dǎo)磁體技術(shù)將不斷向更高參數(shù)、更復(fù)雜工況推進(jìn)。本標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)適時(shí)修訂，拓展至脈沖磁場(chǎng)、高頻耦合工況等新場(chǎng)景，并加強(qiáng)與IEC、IEEE等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的對(duì)接，推動(dòng)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)走向世界，提升我國(guó)在超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域的全球競(jìng)爭(zhēng)力。參考文獻(xiàn)：[1]IEC62351-2018,Superconductivity-Part8:AClossmeasure