核电厂内仪器控制设备的抗电磁干扰研究

核电厂内仪器控制设备的抗电磁干扰研究

李基

中国中原对外工程有限公司

摘要：经过分析发现，核电厂与其他的发电厂有着很大的差异，对于安全方面有着更高的要求，核电场内各种仪控设备之间与核电厂本身有电磁兼容方面问题影响最为严重。经过对核电厂内仪器控制设备的分析，了解电磁干扰的各方面因素，并且深入评价各个影响因素，提出抗电磁干扰的防护性措施，使得核电仪控产品具备较高的电磁安全性，核电厂的运行不会受到任何影响。

关键词：电磁兼容，核电厂电气设备，电磁耦合途径

电磁兼容性主要是通过设备或者系统在电磁环境达到运行要求，确保设备运行状态良好，且设备运行不会对其他设备造成任何电磁干扰影响。因此，EMC分为EMI和EMS两大类：电磁骚扰就是在设备处于正常运行条件之下，对周边环境所形成的电磁辐射量值；电磁抗扰度就是将设备在正常的条件下，周边环境的电磁环境对设备造成的影响，具体指的是电子设备本身的电磁环境抗干扰度，这也叫做电磁敏感性。

电磁兼容技术内容是比较复杂的，包含多个学科共同组成，属于综合应用的学科。随着近年来EMC研究不断深入，技术发展速度加快，很多发达国家都在进行EMC技术研究、标准制定以及认证与测试方面都领先全球。

核电领域内的电磁兼容工作，经过总设计部门的总体协调，能更好的解决电磁兼容的各项问题。当前的问题就是电磁兼容体验体系的不明确、相关经验无法积累，导致了电磁兼容水平低、效果差。

1核电厂内电气设备耦合模型

麦克斯韦方程组是确定电场、磁场与电荷密度、电流密度关系的微分方程。该方程组是进行电磁场耦合模型建设的理论计算基础，对于确定磁场内部关系存在直接的影响。进行核电厂中电磁设备兼容耦合分析，利用场源的相关理论模拟计算，将电气设备加入到核电厂环境内，作为其中一个电磁发射源，利用麦克斯韦中确定的散热理论或者天线理论构建模型，分析内在关系。

电磁波散射往往是因为射入到电磁波物体或者电子表面，从而在物体表面存在电荷、电流，也有可能造成电子运动的改变，向多个方向辐射电磁波，所以在散射理论内，将设备作为发射源或者接收源使用。

当前在电磁耦合模型中，天线理论应用比较普遍，最为关键的就是进行电磁源模拟成为完整的导体。

从电路方面展开分析，通过构建的耦合模型，应用的方法就是传输线理论，该方法的优势是将设备电磁层辐射作为传输辐射线，分析的过程比较简单，只需要计算电压传输变化或者等效变化，能够按照原有的传输线路方向进行耦合模型的分析，了解其特征因素。但是也有明显的缺陷，那就是不能确定传输线截面的电磁耦合模型以及特征，并且在建设模型的环节，带电体的横断面会比波长小。

2核电厂电磁环境监测方法

对核电厂电磁环境展开监测，利用的是综合场强的监测措施，使用电场、磁场分别监测的措施，将时域、频域融合起来，多角度展开现场的监测和应用，并制定科学合理的监测方案，为后续的数据研究和使用提供必要的支持。

核电厂测试阶段，存在大量的辐射源分布其中，信号比较杂乱，并且属于突发的状态，平稳度比较差，重复性高，根据以往所应用的时域、频域测量措施，充分了解核电厂的复杂电磁环境，使用时域测量技术。在时域信号分析的环节，通过应用快速傅里叶变换（FFT）处理器实时掌握宽带数字信号，并且实现时域、频域转换应用，结合具体计算的结果，最终能够获取全部的频率分量数据。该方法能实现数据的跟踪分析，了解形成干扰的原因。

3核电厂电磁耦合分类及分析

分析电磁兼容三要素方面，电磁干扰耦合的方式就是形成电磁干扰的具体原因，通常情况下，干扰的耦合途径是传导干扰以及辐射干扰两种。

传导耦合一般就是干扰源与受干扰设备的耦合途径完整的电路连接，如导线、电源、接地线等，也有部分的电气元器件，进而发生电磁干扰的问题。

辐射耦合就是电磁干扰因为干扰源利用空间方式传播，比较常见的耦合方式是天线耦合、场线耦合、缝隙耦合等，所以需要通过该方式分析其特征，并采取抗干扰的措施。

3.1公共阻抗耦合

该方式分为公共地阻抗和电源阻抗，从本质上来说就是干扰噪声电流经过公共阻抗会形成噪声电压，并利用共线侵入设备的方式而产生电磁干扰的问题。

公共阻抗属于常见的现象，假设骚扰源与电子设备敏感部件公用导线或者导体；电子设备电路板或者元器件两个电压节点的电容、等效分布电容耦合存在干扰的问题；电子设备本身或者与其他的回路存在互感耦合。

公共阻抗往往会长期存在，如何才能更好的避免或者减轻公共阻抗产生的影响，从而预防敏感元件受到电磁干扰影响，所以应重点分析其产生的机理，这就是耦合阻抗。如果选择某种解决方法，能够避免耦合阻抗的存在，或者将影响逐步减小到零，这样就在耦合阻抗中的电流回路逐步消失，实现去耦的目的。通常来说，也可以选择在间隔、共导体方式处理。

当然在系统存在某种现象，共导体中经过的交流电流分量，这种干扰的问题就叫做磁场感应或者电场感应。

3.2电场耦合干扰

电场耦合又称电容耦合，是交流电通过导体产生电场，电场与临近的导体耦合，所产生的电磁现象。在电场耦合的情况下，通常假设耦合电容阻抗要远远大于电路阻抗，耦合是指信号由第一级向第二级传递的过程，所以电场耦合也是分布电容或寄生电容的存在而产生的一种耦合方式。

电场耦合干扰是由导体产生的电场和临近导体产生电场耦合出来的感应电压，所以只和两系统间的分布电容、电压大小、产生频率和系统的对地阻抗有关。

3.3磁场耦合干扰

该干扰的问题一般也可以称之为电感耦合干扰，主要是因为干扰源为电流的形式，这种电流形成的磁场经过互感耦合的方法对临近导体会形成比较大的磁场干扰问题。

磁场耦合所形成的干扰问题和多方面因素存在关系，比如电流大小、频率、互感系数等，具体的形式为平行双线耦合、变压器耦合等，造成的影响也比较严重。

3.4电磁场辐射耦合

在设备运行的环节，往往会存在没有经过导体所出现的传输辐射干扰问题，在自由空间中通过发生源所形成的干扰问题，发射源一般可以是电磁现象，也可以是电子设备，这就是辐射干扰的问题，其可以分析电场干扰与磁场干扰，而两者有着很大的差异。

电与磁是相互依存的关系，两者之间也是统一的。电场存在于不同电位与导体之间，其强度和导体的距离、电压等方面存在直接的关系，而磁场会围绕着传输电流的导体而存在，并且和电流大小、导体距离存在关系，这些都会影响磁场强度。

从普遍现象分析，电磁场辐射形成的原因就是因为带电物体中电荷以“场”的形式存在，分布状态发生改变，其分布电容与寄生电容会同时放电，形成的电场有所差异，而分布电感的方向与磁通量的大小变化，就会形成电场。根据上述理论，电场辐射耦合的抑制需要采取如下措施：（1）将干扰源移除到场外，分析电磁兼容的原则，能减轻环境内部造成的干扰影响。（2）通常情况下，干扰源与受干扰源会同时存在于场区内，如果无法进行内部距离的调节，利用多种抗电磁干扰的方法来减小骚扰量，也可以适当的提升受干扰源的抗电磁干扰能力。（3）电磁兼容中采取屏蔽的措施较为常见，使用效果好，能充分减小电磁干扰带来的影响。

4结语

在现代科学技术发展之下，特别是计算机技术的发展，使得模拟电控设备使用逐步减少，核电厂应用大量的数字化仪控系统，这是核电厂控制的核心，对于系统运行效果存在直接的影响。因此，加强核电厂内仪器控制设备抗电磁干扰的研究，提高系统抗干扰能力，满足稳定运行标准，保证核电厂正常工作，为我国核电事业的发展做出贡献。

参考文献

[1]邵伟恒,孙尧,管嘉焕,等. 核电厂核辐射监测系统误报警问题分析及对策[J]. 安全与电磁兼容,2023(1):46-49,65.

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[3]管嘉焕,任旭平,邵伟恒,等. 核电厂核辐射监测系统电磁敏感性研究[J]. 核电子学与探测技术,2021,41(6):1103-1109.