劉仁朋 何林 王東祥

福建福清核電有限公司 福建福清 350300

隨著自動化控制水平的提高，集散控制系統(tǒng)(DCS) 在國內新建核電廠中得到了廣泛的應用，模擬量儀表全面取代傳統(tǒng)開關控制器也成為技術發(fā)展趨勢，對電廠復雜控制精度的改進等帶來較大的益處。而實際工程應用中往往對這些信號傳輸路徑的屏蔽接地規(guī)范重視不夠，導致接地出現(xiàn)異常造成數(shù)據(jù)采集錯誤、控制設備誤動作等，影響機組的安全性和經(jīng)濟性。本文從工程應用的角度，闡述了對測量信號屏蔽接地規(guī)范的理解。

1 測量信號屏蔽接地的意義

核電廠中存在著許多電磁干擾源，如大型電機的啟停、 高電壓開關切換時的高頻瞬態(tài)、高能通信設備干擾等。這些噪聲可能在信號源或者電纜中引起信號失真，造成信號偏差。

新建核電大規(guī)模應用DCS控制系統(tǒng)，其模擬量采集通道數(shù)量更多，電磁干擾影響的概率和嚴重性都更為嚴峻。屏蔽接地的良好配置，可以有效消除信號傳輸過程中的高頻噪聲、電磁干擾和無線電波引起的電磁擾動。

2 傳統(tǒng)核電廠屏蔽接地方案

國內以往核電廠（如典型M310機組）儀控接地與屏蔽的設計，主要遵循EJ/T 1065-1998《核電廠儀表和控制設備的接地和屏蔽設計準則》，其對信號屏蔽接地的總體要求可概括為：使用雙絞線以盡可能減少電磁輻射與外部電磁干擾的影響，低頻段屏蔽接地為避免接地電位差驅動電流產生感應噪聲而在信號源處單點接地，對高頻段屏蔽接地應多點接地。[3]

由于以往核電廠將電纜屏蔽層在信號回路接地處進行接地，所以電纜屏蔽層雙端接地僅是一個理想的接地方案，在實際設計中存在以下3個問題：

由于接地網(wǎng)電勢的不等，屏蔽層兩點接地形成的電勢差將會使信號線串入共模電壓導致干擾。

雙端接地對閃電、系統(tǒng)故障引起的接地電勢差非常敏感，可能導致屏蔽層燒毀。

磁場耦合引入屏蔽層的電流在信號線中引入差模噪聲—除非采用平衡電路，否則低頻信號極其易受干擾.

國內以往核電設計考慮了以上因素，對于電纜屏蔽層雙端接地比較謹慎，基本采用單點接地。

3 三代核電廠屏蔽接地方案

國外以及目前國內在建的三代核電廠，則逐漸引入了IEEE1050-1996作為核電廠儀控接地設計導則。原因是先進的數(shù)字技術在核電廠的逐漸推廣，將越來越多的高時鐘頻率引入儀控系統(tǒng)，及高頻傳輸源等先進技術應用于核電廠通信。核電廠在應對射頻干擾方面的傳統(tǒng)方法也受到了挑戰(zhàn)[1]。

在帶有高頻信號的數(shù)字化控制系統(tǒng)中，電纜是主要的干擾源，它既是高頻干擾的主要發(fā)生器，也是主要的接收器，向空間輻射電磁噪聲的同時又敏感地接收來自鄰近干擾源所發(fā)射的電磁噪聲。隨著無線通信等高頻傳輸源在核電廠的應用越來越廣泛，有必要對傳統(tǒng)電纜屏蔽的接地方案進行重新評估。

根據(jù)IEEE 1050-1996中描述，當導體長度與信號波長之比（L/λ）大于0.15時，電纜屏蔽層應采用雙端接地，如若采用單端接地將使屏蔽層形成很強的天線效應向外輻射干擾信號。[2]

目前國內在建的第三代核電廠，如AP1000、華龍一號等大多采用了屏蔽雙端接地方案。以AP1000為例，西屋電氣公司提出了儀控電纜屏蔽層兩端分別通過EMC電纜連接頭與機柜/設備連接的方案，其設計中儀控電纜采用了上述連接頭對電纜屏蔽層進行了360°環(huán)向端接。目前采用該方案的核電廠運行經(jīng)驗表明該接地配置運行良好。

4 兩種屏蔽接地方案分析

通過以上第2、3節(jié)闡述分析，無論單點接地還是雙端接地，都有其適用性和優(yōu)劣方面，主要概括為：

（1）單端接地對于低頻信號抗電磁干擾和靜電干擾效果良好，當存在變壓器、電動機、大功率等整流設備干擾源時應采用單端接地，尤其是靜電干擾必須使用單點接地；

（2）當電磁感應的干擾較大或高頻電路，宜采用兩點接地；

（3）更為理想的屏蔽接地應為雙層絕緣隔離屏蔽，外層屏蔽雙端接地以形成理想法拉第籠消除磁性干擾，內層屏蔽單端接地用于防靜電感應干擾，但是該種屏蔽接地方案對電纜制造要求較高，成本較高，一般工程應用較少[3]。

5 建議及總結

信號干擾和屏蔽措施在實際電廠工程應用時存在諸多難點，原因包括干擾信號無法方便檢測和度量、屏蔽層中電壓或電流缺少有效手段監(jiān)測、干擾很難在線復現(xiàn)等，出現(xiàn)問題時也往往難以根本上解決。

通過以上分析并結合工程實際，筆者提出以下建議供核電廠工程技術人員在安裝、調試、運維階段參考：

從源頭上控制干擾，主要注意兩點：一是采用強弱電纜分離敷設盡量避免平行走線以減少導線間的串擾，二是電纜路徑盡量遠離變頻器、電機等強干擾源設備；

屏蔽接地要遵循同地的原則，系統(tǒng)的控制柜和子信號柜盡可能做到等電勢，減少靜電干擾，應在柜間安裝直徑6mm以上的連接線用于平衡電勢；

電纜雙層屏蔽接地因成本問題較難實現(xiàn)，但是在工程應用時，保證信號電纜全程都有實底帶蓋板托盤、撓性套管進行保護，可等效起到外層屏蔽的作用，為了保證外層屏蔽雙端接地效果，必須確保托盤、套管完整連接且多段接地；

確保每段屏蔽接地可靠性，一般要求接地電阻應＜1歐姆；

對于新項目使用電纜屏蔽雙端接地的設計，需要確認模擬量是否采集卡件符合平衡電路的設計，以確保對低頻干擾的屏蔽效果，并且對于非完整閉合的EMC通路的電纜，采用360°環(huán)向端接的屏蔽格蘭連接。