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        一種解決微弱信號在傳輸過程中受到電磁干擾的方法

        2018-11-06 11:37:10胡純
        中小企業(yè)管理與科技 2018年2期
        關(guān)鍵詞:信號電纜毛刺機(jī)柜

        胡純

        (大亞灣核電運(yùn)營管理有限責(zé)任公司,廣東 深圳 518124)

        1 故障現(xiàn)象簡述

        圖1 電纜布置示意圖

        大亞灣核電廠堆外中子測量系統(tǒng)(簡稱RPN),測量的是反應(yīng)堆堆外中子通量。該系統(tǒng)信號傳輸回路包括從現(xiàn)場探頭出來六路用于傳輸探頭信號的信號電纜;一路用于給探頭提供電源的高壓電纜;一路備用信號電纜,如圖1所示。其中從探頭送出六段信號電纜傳輸?shù)男盘柎蠹s1mA,經(jīng)傳輸后到控制(模擬設(shè)備)機(jī)柜;高壓電纜為傳感器提供工作電壓,其電壓由機(jī)柜的電源模塊將220V交流電壓變換成600V直流電壓后經(jīng)電纜給探頭提供直流電壓。8根同軸電纜均為三層屏蔽電纜,三層屏蔽層均連接在一起,8根電纜的屏蔽層在探頭側(cè)均連接在一起,六路信號電纜和一路備用電纜在機(jī)柜側(cè)通過濾波電容接地,另一路給探頭供電的電源電纜在機(jī)柜側(cè)直接接地。

        在正常使用時,發(fā)現(xiàn)第1根電纜芯—屏信號出現(xiàn)隨機(jī)異常毛刺后,通過接入高精度記錄儀發(fā)現(xiàn)第1根電纜的芯—屏信號存在無規(guī)律的脈沖毛刺,毛刺幅值約50mV,脈寬約2ms。如圖2所示:

        圖2 第1根電纜上出現(xiàn)的毛刺

        2 故障原因分析

        第1根電纜有三層屏蔽層,屏蔽層均連接在一起,通過終端機(jī)柜的濾波電容接地。正常情況下,屏蔽層對地電壓約40mV,當(dāng)脈沖毛刺出現(xiàn)時,屏蔽層對地電壓變?yōu)?0mV。脈沖毛刺消失后,屏蔽層對地電壓也隨之恢復(fù)正常。

        將隨著第1根電纜一起布置的備用電纜(終端機(jī)柜未連接任何設(shè)備)接入記錄儀,也能發(fā)現(xiàn)有同樣的毛刺出現(xiàn)。在機(jī)柜內(nèi)將備用電纜的屏蔽層接地后,備用電纜上的隨機(jī)毛刺未再出現(xiàn)。將第1根電纜的屏蔽層接地后,毛刺也未再出現(xiàn)。

        基于此,我們分析認(rèn)為第1根電纜上的脈沖毛刺是一種電磁干擾。

        結(jié)合RPN系統(tǒng)的信號電纜傳輸路徑和終端機(jī)柜的周邊環(huán)境分析,產(chǎn)生電磁干擾的可能原因有以下幾方面:

        第一,地電位干擾造成其傳輸回路受到干擾。

        RPN系統(tǒng)電纜路徑中存在高壓一次設(shè)備、低壓二次設(shè)備,電壓等級從幾十千歐到幾毫歐,因此導(dǎo)致低壓類儀控設(shè)備容易受到干擾。

        地電位干擾產(chǎn)生的原因主要表現(xiàn)在:①雷擊時產(chǎn)生的雷電電流流入接地網(wǎng)引起接地網(wǎng)局部地電位升高而產(chǎn)生干擾;②系統(tǒng)接地短路時產(chǎn)生的大電流經(jīng)接地裝置時引起接地點(diǎn)和鄰近點(diǎn)地電位升高而產(chǎn)生干擾;③高壓電路中絕緣擊穿和火花間隙放電引起的地電位干擾。

        第二,接地不良導(dǎo)致其傳輸回路受到干擾。

        屏蔽層接地不良會導(dǎo)致屏蔽層接地電阻增大,使得電磁干擾泄放到接地網(wǎng)的能力降低,因此使干擾信號直接耦合到信號回路,導(dǎo)致信號傳輸過程受到脈沖干擾。

        為了驗證這種分析,我們選取受到干擾的第1根電纜和未受干擾的第2根電纜,同時斷開它們的上游信號,在斷開處的屏蔽層注入1000V脈沖信號,在機(jī)柜內(nèi)分別測量第1根和第2根電纜的芯—屏、屏—地、芯—地電壓,得到如下數(shù)據(jù):

        表1

        其等效電路如下圖3:

        圖3

        通過電路分析,流過屏蔽層的電流與電纜屏蔽層對地的阻抗有關(guān),而第1根電纜芯-屏之間的感應(yīng)電壓直接由流過電纜屏蔽層的電流決定。由于外界施加的脈沖一樣,在正常情況下第1根和第2根電纜在機(jī)柜內(nèi)測到的屏—地、芯—地、芯—屏電壓應(yīng)該是一致的,實際上測量得到第1根和第2根電纜的芯-屏之間的差別比較大,說明在現(xiàn)場實驗過程中第1根電纜的屏蔽層中流過的電流比第2根電纜屏蔽層中流過的電流小,最主要的原因是第1根電纜的屏蔽層對地的阻抗比較大,導(dǎo)致這種情況的原因可能是第1根電纜的屏蔽層的接地不良導(dǎo)致其接地阻抗增加。

        根據(jù)以上分析,基本可以斷定第1根存在電纜屏蔽層接地不良的情況。產(chǎn)生接地不良的原因有:屏蔽層在機(jī)柜內(nèi)部接地處接頭松動或腐蝕導(dǎo)致屏蔽層與大地接觸不良。

        3 電磁干擾的解決方法

        判斷RPN系統(tǒng)第1根電纜存在接地問題后,我們做了如下兩個工作:

        ①將原來在機(jī)柜內(nèi)部屏蔽層的接地銅線替換成接地銅排;

        ②在上游注入信號的屏蔽層位置增加了濾波電容接地(容量與機(jī)柜內(nèi)接地濾波電容的容量一致)。

        之后重新對第1根電纜的芯—屏信號進(jìn)行監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)脈沖毛刺未再出現(xiàn)。

        4 結(jié)語

        通過本次電磁干擾的故障處理可以看出,增加信號電纜屏蔽層接地、采用兩端接地能夠減少外界電磁干擾對信號傳輸?shù)挠绊?。這也符合工程上屏蔽電纜的接地原則。

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