DB34/T 1563.3-2011 ITER馈线系统(FEEDER)故障模式及影响分析(FMEA)指南 第3部分：功能及硬件分析报告

ICS27.120

F46

DB34

安徽省地方标准

DB34/T1563.3—2011

ITER馈线系统(FEEDER)故障模式及影响分

析(FMEA)指南

第3部分：功能及硬件分析报告

GuidetofailuremodeandeffectsanalysisofITERFeedersystem

Part3:Analysisreportsoffunctionandhardware

2011-12-16发布2012-01-16实施

安徽省质量技术监督局发布

DB34/T1563.3—2011

前言

DB34/T1563《ITER馈线系统(FEEDER)故障模式及影响分析(FMEA)指南》分为三个部分：

——第1部分:术语和基本要求；

——第2部分:功能及硬件；

——第3部分:功能及硬件分析报告。

本部分为DB34/T1563的第3部分。

本部分按照GB/T1.1-2009给出的规则编写。

本部分由中科院等离子体物理研究所提出。

本部分由中科院等离子体物理研究所、安徽省标准化研究院起草。

本部分主要起草人：宋云涛、覃世军、陆坤、张莉、程勇、刘素梅、沈光、陈永华、许铁军、黄雄

一、王忠伟、戢翔。

I

DB34/T1563.3—2011

ITER馈线系统(FEEDER)故障模式及影响分析(FMEA)指南

第3部分：功能硬件分析报告

1范围

DB34/T1563的本部分规定了国际热核聚变实验堆（ITER）馈线系统(FEEDER)电流引线、内部馈线、

过渡馈线、线圈终端盒功能及硬件故障模式及影响分析(FMEA)报告。

本部分适用于以纵向场（TF）磁体馈线系统为对象进行的FMEA分析，其他类型馈线系统也可参考

本部分。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

DB34/T1563.2-2011ITER馈线系统(FEEDER)故障模式及影响分析(FMEA)指南第2部分:功能及

硬件

3电流引线(CurrentLead)功能及硬件FMEA分析报告

3.1电流引线系统定义

电流引线是连接低温超导母线和室温电源的重要部件。电流引线低温端位于CTB盒体内部，与4K超

导母线连接，另外一端位于室温状态下的干盒(drybox)内部，与室温电源总线连接。电流引线跨越低

温超导母线和室温电源之间，本身温度梯度很大，是整个馈线系统比较大的热负荷所在。

图1高温超导HTS电流引线结构

电流引线结构如图1，由于采用高温超导技术(HTS)，超导电流引线由工作在（4-78）K温区的HTS

超导段的部件，和工作在（78-300）K温区的气冷铜电流引线部件组成。HTS部件的冷端与超导母线相连，

并由超导母线的超临界液氦冷却维持在5K左右，HTS部件温端与铜引线的热交换装置连接，并通过该热

交换装置使该端维持在（40-75）K。铜引线的热交换由引入50K氦气进行强制冷却，经过热交换后在铜

引线的室温端输出大约300K的氦气。HTS部件是由基材为Bi-2223/AgAu的合金超导带先钎焊成超导带叠、

再将该带叠钎焊在具有较低热传导率的不锈钢支撑管上形成的。

1

DB34/T1563.3—2011

电流引线的组成主要为夹持板、HTS冷端、接触面板、HTS模块、HTS温端、壳体、传感器、热交换

装置和室温端等。

3.2电流引线功能框图和任务可靠性框图

3.2.1功能框图——TF磁体馈线系统电流引线的功能层次与硬件层次对应图见图2。

图2TF磁体馈线系统电流引线的功能层次与硬件层次对应图

3.2.2任务可靠性框图——TF磁体馈线系统电流引线的任务可靠性框图见图3。

图3TF磁体馈线系统电流引线的任务可靠性框图

3.3电流引线功能及硬件FMEA的约定层次

初始约定层次为TF磁体馈线系统；约定层次为TF磁体馈线电流引线系统；最低约定层次为低温超导

接头(101)、室温接头(102)、超导材料(103)、绝缘包套和绝缘子(104)、温度传感器(105)、超导段(106)、

换热器(107)、支撑部件(108)、线圈终端盒壳体(109)等。

3.4电流引线功能及硬件FMEA的严酷度定义

根据电流引线系统的每个功能故障模式对TF磁体馈线系统乃至ITER装置的最终影响程度，确定其严

酷度。严酷度类别及定义见表1。

表1FEEDER的严酷度类别及定义

严酷度类别定义

Ⅰ类(灾难的)(9,10)ITER停机维修及FEEDER毁坏、重大损害和需要大更换，并有可能无限期拖延下去

Ⅱ类(致命的)(6,7,8)引起重大经济损失或导致ITER任务失败、FEEDER严重损坏及需大维修

Ⅲ类(中等的)(3,4,5)中等程度的经济损失或导致ITER任务延误或降级、FEEDER中等程度的损坏及小维修

Ⅳ类(轻度的)(1,2)引起轻度的经济损失或FEEDER轻度的损坏，但它会导致ITER非计划性维护或修理

2

DB34/T1563.3—2011

3.5电流引线功能及硬件FMEA故障模式分析

电流引线系统的故障模式主要从有关信息中分析、设计人员和分析人员的经验得到。故障模式发生

概率的等级分为A、B、C、D、E五级，其具体定义见DB34/T1563.2中表6的规定。

3.6电流引线功能及硬件FMEA故障检测

电流引线检测主要内容包括：目视检查、原位检测、离位检测等，其手段如机内测试(BIT)、自动

传感装置、传感仪器、音响报警装置、显示报警装置和遥测等。不易探测度评价准则是利用现行故障模

式检测手段方法找出故障存在的可能性，见表2。

表2TF磁体馈线系统不易探测度划分等级参考表

探测性不易探测度标准

几乎肯定1几乎肯定能检测到失效模式、发生故障很轻易就能发现原因

很高2检测到失效模式可能性很高

高3检测到失效模式可能性高

中上4检测到失效模式可能性中等偏上

中等5检测到失效模式可能性中等

小6检测到失效模式可能性小

很小7检测到失效模式可能性很很小

微小8检测到失效模式可能性微小

很微小9检测到失效模式可能性很微小

几乎不可能10没有已知的控制方法能检测到失效模式

3.7电流引线功能及硬件FMEA危害性矩阵分析

TF磁体馈线系统电流引线的危害性矩阵图如图4。

A

103101

B

105102

C106

107

D104

109

E108

图4TF磁体馈线系统电流引线的危害性矩阵图

3.8电流引线功能及硬件FMEA表

根据TF磁体馈线系统电流引线的特点，将对其进行的所有分析合成FEEDER电流引线系统硬件及功能

FMEA表，见附录A。

3

DB34/T1563.3—2011

4内部馈线(In-cryostatFeedthrough)功能及硬件FMEA分析报告

4.1内部馈线系统定义

内部馈线IF位于杜瓦内部，是磁体线圈终端和过渡馈线连接的子装配，外观结构为终端接线端子、

连接盒（由终端连接盒、cover盒、中间连接盒组成）和In-duct内管组成，内管里包含一对超导母线、

两对冷却管路、两对测量诊断电缆等部件，具体见如图5。

a)总体图b)局部图

图5内部馈线图

4.2内部馈线系统的功能

4.2.1功能框图——TF磁体馈线系统内部馈线的功能层次与硬件层次对应图见图6。

图6TF磁体馈线系统内部馈线的功能层次与硬件层次对应图

4.2.2任务可靠性框图——TF磁体馈线系统内部馈线的任务可靠性框图见图7。

4

DB34/T1563.3—2011

图7TF磁体馈线系统内部馈线的任务可靠性框图

4.3内部馈线功能及硬件FMEA的约定层次

初始约定层次为TF磁体馈线系统；约定层为TF磁体馈线内部馈线系统；最低约定层次为超导接头

(201)、超导母线(202)、中间隔板(203)、超导母线支撑（204)、低温绝缘(205)、低温管路(206)、电

压、温度计等测量传感器(207)、CD外支撑(208)、万向节(209)、信号线(210)等。

4.4内部馈线功能及硬件FMEA的严酷度定义

根据内部馈线系统的每个功能故障模式对TF磁体馈线系统乃至ITER装置的最终影响程度，确定其严

酷度。严酷度类别及定义见表1。

4.5内部馈线功能及硬件FMEA故障模式分析

内部馈线系统的故障模式主要从有关信息中分析、设计人员和分析人员的经验得到。故障模式发生

概率的等级分为A、B、C、D、E五级，其具体定义见DB34/T1563.2中表6的规定。

4.6内部馈线功能及硬件FMEA故障检测

内部馈线系统检测的主要内容包括目视检查、原位检测、离位检测等，其手段例如机内测试(BIT)、

自动传感装置、传感仪器、音响报警装置、显示报警装置和遥测等。不易探测度评价准则是利用现行故

障模式检测手段方法找出故障存在的可能性，见表2。

4.7内部馈线功能及硬件FMEA危害性矩阵分析

TF磁体馈线系统内部馈线的危害性矩阵图如图8。

图8TF磁体馈线系统内部馈线的危害性矩阵图

5

DB34/T1563.3—2011

4.8内部馈线功能及硬件FMEA表

根据TF磁体馈线系统内部馈线的特点，将对其进行的所有分析合成FEEDER内部馈线系统硬件及功能

FMEA表。见附录B。

5过渡馈线(CryostatFeedthrough)功能及硬件FMEA分析报告

5.1过渡馈线系统定义

过渡馈线由S弯盒和馈线直线段两部分组成，连接着内部馈线和线圈终端盒CTB，是管、缆、线等贯

穿杜瓦壁和生物屏蔽层的通道，如图9所示。其中S弯盒属于薄壁压力容器，呈盒体形状，为了减少盒体

的用材和保证盒体的强度，在盒体外面设置加强；过渡馈线的直线段主要是管、缆、线穿越杜瓦壁和生

物屏蔽层的通道；超导母线Busbar的一端通过线圈终端接线端子与磁体线圈相连接，另一端在线圈终端

盒CTB内与电流引线的低温端相连接。

过渡馈线包括S弯盒、过渡馈线直线段和超导母线Busbar等这些子系统及下面的零部件等部件。

图9过渡馈线结构图

5.2过渡馈线系统的功能框图和任务可靠性框图

5.2.1功能框图——TF磁体馈线系统过渡馈线的功能层次与硬件层次对应图见图10。

图10TF磁体馈线系统过渡馈线的功能层次与硬件层次对应图

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DB34/T1563.3—2011

5.2.2绘制任务可靠性框图——TF磁体馈线系统过渡馈线的任务可靠性框图见图11。

图11TF磁体馈线系统过渡馈线的任务可靠性框图

5.3过渡馈线系统功能及硬件FMEA的约定层次

初始约定层次为TF磁体馈线系统；约定层次为TF磁体馈线过渡馈线系统；最低约定层次为外真空管

(301)、冷屏(302)、超导接头(303)、超导母线(304)、中间隔板(305)、超导母线支撑(306)、低温绝缘

(307)、真空隔断(308)、低温管路(309)、电压、温度计等测量传感器(310)、Coldmass支撑(311)、

地面支撑(312)、信号线(313)等。

5.4过渡馈线系统功能及硬件FMEA的严酷度定义

根据过渡馈线系统的每个功能故障模式对TF磁体馈线系统乃至ITER装置的最终影响程度，确定其严

酷度。严酷度类别及定义见表1。

5.5过渡馈线功能及硬件FMEA故障模式分析

过渡馈线系统的故障模式主要从有关信息中分析、设计人员和分析人员的经验得到。故障模式发生

概率的等级分为A、B、C、D、E五级，其具体定义见DB34/T1563.2中表6的规定。

5.6过渡馈线功能及硬件FMEA故障检测

过渡馈线系统检测的主要内容包括：目视检查、原位检测、离位检测等，其手段例如机内测试(BIT)、

自动传感装置、传感仪器、音响报警装置、显示报警装置和遥测等。不易探测度评价准则是利用现行故

障模式检测手段方法找出故障存在的可能性，见表2。

5.7过渡馈线功能及硬件FMEA危害性矩阵分析

TF磁体馈线系统过渡馈线的危害性矩阵图如图12。

图12TF磁体馈线系统过渡馈线的危害性矩阵图

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DB34/T1563.3—2011

5.8过渡馈线功能及硬件FMEA表

根据TF磁体馈线系统过渡馈线的特点，将对其进行的所有分析合成FEEDER过渡馈线系统硬件及功能

FMEA表，见附录C。

6线圈终端盒(CoilTerminalBox)功能及硬件FMEA分析报告

6.1线圈终端盒系统定义

线圈终端盒本体位于杜瓦和生物屏蔽层的外侧附近，连接在过渡馈线S弯盒的外侧，为磁体馈线系

统中的管、缆、线分别与低温车间、电源大厅以及数据收集系统的相连接提供接口和屏蔽保护，如图13。

盒体内部采用独立的真空空间（在终端盒与过渡馈线S弯盒之间、终端盒与低温车间之间设置有真

空隔断），真空状态是通过在低温管路的集流管处抽真空获得的。

冷却管路系统通过各阀门的控制来控制和调节温度梯度的变化。

干盒是处在CTB的外测的一个可以用来干燥的箱体，电流引线的室温端在此盒体内与室温电源连接。

图13线圈终端盒结构视图

线圈终端盒系统包括线圈终端盒本体、线圈终端盒真空系统、冷却管路系统和干盒等这些子系统下

面的零部件等。

6.2线圈终端盒系统的功能框图和任务可靠性框图

6.2.1功能框图——TF磁体馈线系统线圈终端盒的功能层次与硬件层次对应图见图14。

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DB34/T1563.3—2011

图14TF磁体馈线系统线圈终端盒的功能层次与硬件层次对应图

6.2.2任务可靠性框图——TF磁体馈线系统线圈终端盒的任务可靠性框图见图15。

图15TF磁体馈线系统线圈终端盒的任务可靠性框图

6.3线圈终端盒系统功能及硬件FMEA的约定层次

初始约定层次为TF磁体馈线系统；约定层次为TF磁体馈线的线圈终端盒系统；最低约定层次为壳体

(401)、壳体泄爆口(402)、冷屏(403)、冷屏吊挂支撑(404)、低温阀门(405)、超导接头(406)、超导母

线(407)、中间隔板(408)、电流引线支撑(409)、超导母线支撑(410)、S弯支撑(411)、低温绝缘(412)、

真空隔断(413)、低温管路(414)、流量计、温度计等测量传感器(415)等。

6.4线圈终端盒系统功能及硬件FMEA的严酷度定义

根据线圈终端盒系统的每个功能故障模式对TF磁体馈线系统乃至ITER装置的最终影响程度，确定其

严酷度。严酷度类别及定义见表1。

6.5线圈终端盒功能及硬件FMEA故障模式分析

线圈终端盒系统的故障模式主要从有关信息中分析、设计人员和分析人员的经验得到。故障模式发

生概率的等级分为A、B、C、D、E五级，其具体定义见DB34/T1563.2中表6的规定。

6.6线圈终端盒功能及硬件FMEA故障检测

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DB34/T1563.3—2011

线圈终端盒系统检测的主要内容包括：目视检查、原位检测、离位检测等，其手段例如机内测试

(BIT)、自动传感装置、传感仪器、音响报警装置、显示报警装置和遥测等。不易探测度评价准则是利

用现行故障模式检测手段方法找出故障存在的可能性，见表2。

6.7线圈终端盒功能及硬件FMEA危害性矩阵分析

TF磁体馈线系统线圈终端盒的危害性矩阵图如图16。

图16TF磁体馈线系统线圈终端盒的危害性矩阵图

6.8线圈终端盒功能及硬件FMEA表

根据TF磁体馈线系统线圈终端盒的特点，将对其进行的所有分析合成FEEDER线圈终端盒系统硬件及

功能FMEA表，见附录D。

10

DB34/T1563.3—2011

AA

附录A

（规范性附录）

FEEDER电流引线系统硬件及功能FMEA表

初始约定层次：TF磁体馈线系统任务：连接低温超导母线和室温电源，承载热负载审核：×××第X页·共X页

约定层次：TF磁体馈线电流引线系统分析人员：×××批准：×××填表日期：×××

故障影响不易

故障模

代产品名故障严酷度探测设计改进措施或使

功能故障原因式概率RPN

码称模式局部影响高一层次影响最终影响类别度等用的补偿措施

等级

级

连接低

接头

低温超温超导接头指标高于需增大冷却流量进控制焊接和检测工

101电阻焊接工艺未控制好无法工作Ⅲ,5B,8280

导接头磁体终ITER要求行冷却艺

过高

端

连接室

螺杆连接因冷热循环室温终端温度高于换热器电位差过高细化接触面处理工

室温接温超导发热增大50K氦气

102导致松动等多种综合ITER要求，难以冷却触发保护，无法工Ⅲ,5B,8280艺，对连接件严格控

头磁体终大冷量

情况降低。作制质量

端

多次大梯度冷热循环，

临界要求ITER运行期间

超导材传输电超导材料内部热膨胀电流分配产生载流能力下降至设

103电流分流温度裕度降低Ⅳ,2B,7342超导段尽可能不要

料流系数差异导致临界电变化计电流、易失超。

降低随意回温>100K

流降低

绝缘包控制现场绝缘工艺

高压绝帕邢绝缘有缺陷或裂纹、磁系统对地电阻帕邢放电、烧毁内

104套和绝局部放电Ⅱ,8D,2464和采用严格高压测

缘放电体故障变小部设备

缘子试技术

无法进行各种监控

温度传监控运线拉断或传感器失效、失去部分不重不能判断引线重要加备份、对高压测试