周鵬成，費(fèi) 杰

(1.上海儀器儀表自控系統(tǒng)檢驗(yàn)測(cè)試所有限公司，上海 200233； 2.國(guó)家能源核電站儀表研發(fā)(實(shí)驗(yàn))中心，上海 200233)

0 引言

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥作為過(guò)程控制工業(yè)中的常用終端控制元件，是核電廠的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，關(guān)系著核電機(jī)組的安全運(yùn)行。它用于接收控制信號(hào)，并根據(jù)調(diào)節(jié)器的輸出來(lái)改變閥門(mén)開(kāi)度，使其達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)值。

核電廠電磁環(huán)境復(fù)雜，調(diào)節(jié)閥的電氣部件易受到電磁干擾，做好調(diào)節(jié)閥的電磁兼容(electromagnetic compatibility,EMC)鑒定至關(guān)重要。定位器是調(diào)節(jié)閥核心的電氣部件，是整個(gè)調(diào)節(jié)閥的大腦?，F(xiàn)有的定位器一般采用電源線、信號(hào)線共線(兩線制)，由一組4～20 mA信號(hào)組成，通過(guò)調(diào)節(jié)電流大小來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門(mén)開(kāi)度的控制。而電磁閥又是調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)的重要配件，所以在EMC鑒定中，對(duì)這兩類(lèi)設(shè)備的試驗(yàn)顯得尤為重要。

1 EMC試驗(yàn)

1.1 EMC試驗(yàn)內(nèi)容的選擇

為了確保核電設(shè)備的安全可靠性，各國(guó)都制定了相應(yīng)的法規(guī)來(lái)確保安全。只有通過(guò)相應(yīng)鑒定測(cè)試，設(shè)備才能用到核電站相對(duì)應(yīng)的地方。截至目前，常見(jiàn)的核電EMC法規(guī)有美國(guó)的NRC、法國(guó)的RCC-E和我國(guó)的GB/T 11684。這三項(xiàng)法規(guī)都對(duì)EMC測(cè)試有不同的要求。就試驗(yàn)內(nèi)容的包絡(luò)性和嚴(yán)格性而言，美國(guó)的NRC法規(guī)為首選。

NRC規(guī)定的核電站設(shè)備的EMC試驗(yàn)要求應(yīng)當(dāng)參照 US NRC Regulatory Guide 1.180[1]。該導(dǎo)則列出了兩套試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，分別是軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-461E[2]系列和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000系列。 EMC鑒定的試驗(yàn)方案一般有兩種[3]：①I(mǎi)EC 61000系列的抗擾度試驗(yàn)加MIL-STD-461E系列的發(fā)射試驗(yàn)(即表1和表2)；②全部選用MIL-STD-461E系列的試驗(yàn)(表1和表3)加IEC 61000系列的部分具有破壞性的試驗(yàn)(即表2序號(hào)9～12)。

表1 MIL-STD-461E系列EMC發(fā)射試驗(yàn)要求

表2 IEC 61000系列EMC抗擾度試驗(yàn)要求

表3 MIL-STD-461E系列EMC抗擾度試驗(yàn)要求

1.2 調(diào)節(jié)閥EMC試驗(yàn)鑒定

現(xiàn)有的核電站調(diào)節(jié)閥選型有很多，安裝情況更是各有差別[4]。越來(lái)越多的業(yè)主要求對(duì)整機(jī)測(cè)試，而不是傳統(tǒng)地只對(duì)電氣部件分別進(jìn)行測(cè)試。這樣更能反映當(dāng)時(shí)的工況，使試驗(yàn)鑒定更具準(zhǔn)確性。

調(diào)節(jié)閥整機(jī)一般電氣組件有定位器、限位開(kāi)關(guān)、電磁閥等[5]。對(duì)于定位器，一般有兩根4～20 mA的輸入線。這兩根線既是電源線又是信號(hào)線。由于這兩根線通過(guò)的是非常小的電流信號(hào)，且此信號(hào)也是由上級(jí)控制柜直接給出的，因此，完全可以把它當(dāng)成一組信號(hào)線來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，采用信號(hào)線的測(cè)試方法和等級(jí)進(jìn)行所有的測(cè)試項(xiàng)目。試驗(yàn)前，信號(hào)源提供一個(gè)固定的輸入電流(如12 mA)，待調(diào)節(jié)閥行程穩(wěn)定后開(kāi)始試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中，保持電流信號(hào)不變，觀察調(diào)節(jié)閥的行程是否變化。如有變化，則判斷變化量是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。對(duì)于電磁閥，由于其一般供電為48 VDC，采用DC電源線的測(cè)試方法和等級(jí)來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)電磁閥進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作，觀察其能否正常工作。對(duì)于限位開(kāi)關(guān)，可以將其看作一組信號(hào)線。試驗(yàn)過(guò)程中，使限位開(kāi)關(guān)處于常閉狀態(tài)，再給限位開(kāi)關(guān)供一個(gè)電壓(如48 VDC)；觀察限位開(kāi)關(guān)是否狀態(tài)發(fā)生改變，并且用示波器查看這組電壓狀態(tài)，是否有超過(guò)1 ms的信號(hào)變化。試驗(yàn)過(guò)程中，這些電氣部件作為一個(gè)系統(tǒng)，應(yīng)同時(shí)滿足鑒定要求。

2 EMC試驗(yàn)中常見(jiàn)的問(wèn)題和對(duì)策

EMC試驗(yàn)分為發(fā)射試驗(yàn)和抗擾度試驗(yàn)，抗擾度試驗(yàn)又可細(xì)分為一般試驗(yàn)和破壞性試驗(yàn)。

2.1 發(fā)射試驗(yàn)常見(jiàn)的問(wèn)題和對(duì)策

調(diào)節(jié)閥的幾個(gè)電氣部件都屬于小功率設(shè)備，電氣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不存在較強(qiáng)的干擾源。根據(jù)大量的EMC鑒定試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，這類(lèi)設(shè)備的電磁輻射量一般維持在較低的水平，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)給出的限值。但需要注意的是，電磁閥發(fā)射試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)該對(duì)電磁閥進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作。這個(gè)動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生一個(gè)尖峰脈沖信號(hào)。該尖峰信號(hào)會(huì)產(chǎn)生較大的電磁干擾。因此，最容易受到影響的是CE102和RE102這兩個(gè)項(xiàng)目。相應(yīng)的電磁動(dòng)作時(shí)的傳導(dǎo)發(fā)射頻譜、輻射發(fā)射頻譜分別如圖1、圖2所示。

圖1 電磁閥動(dòng)作時(shí)的傳導(dǎo)發(fā)射頻譜圖

圖2 電磁閥動(dòng)作時(shí)的輻射發(fā)射頻譜圖

如果電磁發(fā)射水平超過(guò)了規(guī)定的限值線，就需要在電磁閥的電源線上作一些處理[6]。第一個(gè)方法是加磁環(huán)或是磁珠。需要注意的是，不能直接將磁環(huán)套在線上，而是應(yīng)把線束纏繞在磁環(huán)上，以達(dá)到充分利用磁環(huán)磁通量的目的，使磁環(huán)的消磁效果盡可能達(dá)到磁飽和。第二個(gè)方法是采用屏蔽線作為電源線。屏蔽線要注意接地，并且跟樣品的金屬外殼也要充分接觸，這樣才能有效地屏蔽電磁輻射，并將干擾信號(hào)導(dǎo)出到大地上。

2.2 抗擾度試驗(yàn)(浪涌)常見(jiàn)的問(wèn)題和對(duì)策

對(duì)于抗擾度試驗(yàn)，值得注意的是那幾個(gè)破壞性試驗(yàn)，尤其是浪涌(組合波和振鈴波)試驗(yàn)。為了防止浪涌尖峰脈沖信號(hào)將樣品內(nèi)部電路擊穿，可以采用多級(jí)構(gòu)成、逐級(jí)降壓的電路來(lái)達(dá)到防止浪涌脈沖的目的。常見(jiàn)的浪涌抑制器可分三級(jí)，分別為氣體放電管、壓敏電阻和穩(wěn)壓管，中間帶兩級(jí)降壓[7]。根據(jù)不同的試驗(yàn)等級(jí)選取不同的保護(hù)電路，不管是從安全角度，還是經(jīng)濟(jì)角度都很有必要。

電磁閥屬于小型設(shè)備，內(nèi)部空間有限，無(wú)法安裝較多的保護(hù)電路。因此，一般都會(huì)選擇在輸入電源之間并聯(lián)一個(gè)放電二極管，通過(guò)放電二極管的放電來(lái)釋放浪涌尖峰信號(hào)，以達(dá)到保護(hù)電路的目的[8]。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，有時(shí)候即使使用了放電二極管，設(shè)備也會(huì)有被打壞的可能。這是由于浪涌信號(hào)能量超出了放電管的極限，放電二極管被擊穿。因此，放電管的選型要尤為注意。由于電磁閥一般采用的都是直流供電，浪涌試驗(yàn)的測(cè)試等級(jí)一般只要做到2 kV即可，所以放電管應(yīng)選擇電壓等級(jí)超過(guò)2 kV的，并且能量耐受等級(jí)應(yīng)高于單次浪涌信號(hào)的脈沖能量，一般以大于44 J為佳[9]。

定位器輸入的是一組4～20 mA信號(hào)，對(duì)信號(hào)反應(yīng)比較靈敏，屬于敏感設(shè)備，特別容易受到電磁干擾的影響。試驗(yàn)時(shí)，可以把它當(dāng)成一組信號(hào)線來(lái)進(jìn)行測(cè)試，從而降低測(cè)試等級(jí)[10]。輸入線可以選擇屏蔽線。使用屏蔽線的測(cè)試方法來(lái)進(jìn)行測(cè)試，可以使信號(hào)通過(guò)耦合進(jìn)入到線路中，而不是直接注入，降低了測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)不同的情況，合理地使用浪涌保護(hù)裝置，靈活地選擇測(cè)試方法和等級(jí)，無(wú)論是經(jīng)濟(jì)角度,還是安全角度，都是非常好的選擇。

3 結(jié)束語(yǔ)

核級(jí)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的鑒定試驗(yàn)非常重要，其直接關(guān)系著核電站能否安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。對(duì)于看不見(jiàn)、摸不著的電磁干擾及其鑒定試驗(yàn)，很多廠家也是不知從何下手。本文通過(guò)總結(jié)歸納，提出了此類(lèi)設(shè)備EMC鑒定試驗(yàn)內(nèi)容以及等級(jí)的選取原則，規(guī)范了EMC鑒定試驗(yàn)的要求，并對(duì)最常遇到的問(wèn)題提供了解決思路。該研究為未來(lái)我國(guó)核電設(shè)備EMC鑒定的規(guī)范化和合理化發(fā)展提供了有力支持。