简述核电厂仪控设备的接地及屏蔽

简述核电厂仪控设备的接地及屏蔽

李彪戴吉生

李彪戴吉生

福建福清核电有限公司福建福清350300

摘要：本文分析了接地和屏蔽的作用，特别是第三代非能动核电厂内接地方案的执行状况。相较于原来的仪控机器接地的规划进行了对比，主要介绍了电缆屏蔽层两端经过机器外壳接地的应用，对以后新建核电厂的仪控设施接地和屏蔽计划总结出了建议。

关键词：核电厂；仪控机器；接地；屏蔽

当前，我国正在修建的核电厂是第三代非能动核电项目，其选择的均是数字化系统设计，尤其是在仪控系统内，更是选择全数字化系统设计模式，由此提升第三代非能动核电项目的安全系数，从而处理核电厂内出现的共因失效情况。而且，多种多样的安全级和非安全级的仪控结构既可以有效保障核电厂的正常运行，还可以提供一定的数据现实与控制功能。所以，核电厂内仪控机器的接地和屏蔽可以对核电厂的可靠及安全运转有较大影响。为确保国内第三代非能动核电厂项目的按时建完，促进国家核电行业的繁荣发展，技术人员要根据国内在建的核电厂仪控接地结构、现场仪控机器的接地、屏蔽规定、仪控机器的维护与电磁兼容等展开深入分析和探究。

1、接地和屏蔽的作用

核电厂在实际运行过程，其内部会出现许多电磁干扰源，且传出一定的噪音。例如，发电机、输电电压记录的开关切换时造成的高能高平瞬态等。这类干扰源出现的噪音将会给设备内的信号源以及电缆内的信号产生干扰，从而造成信号失真情况的出现，导致测量出现偏差或是仪器操控的误动，从而造成设备受损[1]。当前，国家新建的核电厂项目大都采取集散式仪控结构，与以往的核电厂模拟设施运行原理不一样，该结构的数字信号可以敏感的探测电磁干扰，若无法在设计环节处理好噪音现象，将会引起电磁干扰故障，从而导致信号出现失真、异常等现象，令计算机系统的共因失效情况出现几率大幅度提升，仪控结构的稳定性也有所下降。

2、新建核电站的实行状况

2.1接地和屏蔽的整体标准

当前，我国在建的新核电项目规划中有专业的接地与抗雷结构，仪控接地结构是其子系统部分[2]。该子系统结合IEEE142，IEEE665，IEEE1050与RDTC1-1T标准，对仪控机器实现接地及屏蔽，以最小化设备/电脑信号的噪音干扰。

仪控接地结构选择一点接地（依据IEEE1050-1996），整厂仪表/计算机经过仪表接地母线和绝缘电缆出现放射型接地结构。放射型接地结构经过一点衔接至接地网接，且和其他接地线路相绝缘，见图1所示。信号接地点单独设立，唯有在信号接地结构中需要防止产生线路状态下才考量采取共用接地点。仪器接地母排衔接到接地结构上。

图1常见的接地环路

以上要求和原来核电厂的仪表及控制设施的接地计划大致一样。当前，我国在建的新核电厂在以上结构下实行仪控接地及屏蔽的规划。

2.2电缆屏蔽层接地规划改进

对于仪控信号的屏蔽，全面考量信息化仪控核电项目的EMC标准后，WEC对传送仪控信息的电缆屏蔽层衔接计划进行规划改进。对安装在非衔接闭合EMC线路中的仪控线缆及屏蔽层要选择EMC线缆衔接头和仪器外壳衔接产生完善的EMC线路，这与原来核电厂需要仪控电缆屏蔽层只在信号线路衔接点位置接地的标准不一样。

下面对以上仪控电缆屏蔽层优化方案的原因和是否科学进行探究。

*（1）仪控电缆屏蔽层两头接地的主因

在含有高频信号的信息化控制结构内，电缆属于重要的干扰源，其不仅是高频干扰的重要产生器，还是重要的接收设备[3]。电缆是发声器，其朝空间辐射电磁噪音，用作接收器，其可以敏感的接收源自周边干扰源所产生的电磁噪音。伴随高频传送源在核电项目的使用越来越普遍，需要对以往的电缆屏蔽接地计划进行再次评价。

结合TEEE1050-1996中的标准，当导体长度和信号波长的比值（L/λ）超过0.15时，线缆屏蔽层要选择双端接地，这是由于当L=λ/4时，选择单端接地会令屏蔽层出现较强的天线效应朝外辐射干扰源。独端接地只针对低频信号同时电缆长度比较短的状态，可以有效控制电磁干扰朝外辐射。

因为

λ=C/f（1）

其中，C代表光速，299792458m/s；

F代表频率，MHz。

λ代表波长，m

在计量时选择MotorolaMTS2000（能认为属于一种核电项目中常用的手提无线信号源，于无线干扰源内频率很低）的频带下限136MHz视为f的最低值，那么L=λ/4=0.55m

（2）能够接受这种假设：核电项目内没有低于0.55米的电缆。

所以，在建的新核电厂对于仪控接地及屏蔽展开的设计优化（同轴与三轴电缆依旧按照惯例来设置。

1）.如果电缆线路的EMC没有持续性，那么要将之电缆屏蔽层两端360度环向导电接触式衔接（采用EMC电缆衔接头）在与之接口的密封结构或桥架处（如图2所示）。

图2一端与两端屏蔽及接地的组合

2）如果电缆处在持续闭合的桥架中时，那么无需将之电缆屏蔽层两端环接。

3）针对现场供电的仪器，如果电流线路在仪器位置接地，那么屏蔽层在仪器侧的衔接要断开。

（2）传统规划中屏蔽层两头接地的不足

因为原来核电项目把电缆屏蔽层与信号线路接地位置实现接地，因此电缆屏蔽层两头接地只是一个理想的操作计划，在实际规划中有如下几点问题：

第一，因为接地网电势不一样，屏蔽层两点衔接出现的电视差就会导致信号线串，进供膜电压，甚至造成报警和仪器误动。

第二，两头接地对因为闪电、系统缺陷造成的高频接地电势差十分敏感，将会造成屏蔽层烧坏。

第三，因为磁场耦合造成屏蔽层的电流于信号线内引入差模噪音，除非采取平衡线路，要不然低频信号容易受到影响。

我国原来的核电设计兼顾了上述因素，所以针对电缆屏蔽层两头接地较为谨慎，大致采取单点接地。

（3）新建核电项目仪控电缆屏蔽层两头接地的科学性

第一，针对电势差与闪电、系统缺陷造成的共模电压问题：首先，电缆屏蔽层经过EMC电缆衔接头（EMCgland）与机械外壳、贯穿件连接盒、端子箱等系统衔接，这种结构所衔接的地都是设备地，而非传统接地规划中的信号地。所以，若没有直接耦合线路，就没有通过信号地衔接由屏蔽层把干扰引进测量、管理线路。其次，常见的现场测传感仪并不和信号参考地衔接。所以，尽管屏蔽层接地点电势差，引进的共模电压Vcn，但其出现的电流Ⅰcn仅经过屏蔽层但不会耦合到信号线路。

第二，针对屏蔽层烧毁现象，更多要依靠电缆标准要求和抗雷接地子结构，与仪控接地子结构的统筹规划，全面考量在暂态电流影响下，电缆屏蔽层不会被烧毁。第三，因为第3代非能动核电场内，仪表线路选择4-20mA电流驱动的均衡线路。所以，磁场通流进到屏蔽层的电流会在芯线内出现极性相反的Icn，进而抵消因该磁场磁通进到芯线的噪音。

3、结束语

在国内后期创建的核电厂内，仪控结构选择的是全数字化的技术规划，实现信息的准确现实与及时处置，防止仪控系统内产生共因失效现象。技术人员要全面学习国内外核电厂的修建运营经验，对核电厂仪控机械的接地及屏蔽规划进行持续优化，由此保证仪控设施的安全运转。

参考文献

[1]秦凤，王苗苗，聂卫，赵国.核电厂仪控卡件PSPICE仿真及故障诊断研究[J].设备管理与维修，2019（16）：32-35.

[2]于智慧，徐克忠.浅谈核电厂仪控设备的接地及屏蔽[J].城市建设理论研究（电子版），2017（24）：109.

[3]李晖，王旭.核电厂仪控设备的接地与屏蔽[J].发电与空调，2013，34（04）：27-30.