王愛斌　馮君慧

摘要：文章基于《電站儀控設(shè)備接地導(dǎo)則》（IEEE Std 1050-1996），對AP1000核電站I&C電纜屏蔽接地進(jìn)行討論，主要對包括I&C電纜接地原理、國內(nèi)外接地處理的方案對照以及基于導(dǎo)則對新電站接地施工方案的探討，有利于保證機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行，達(dá)到核電廠的預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：IEEE導(dǎo)則；核電廠；電纜屏蔽接地；電磁干擾；無線射頻干擾 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM862 文章編號：1009-2374（2015）28-0149-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.28.074

電磁干擾和無線射頻干擾（EMI/RFI）在核電廠是一個關(guān)注的重點(diǎn)，因?yàn)樵诤穗姀S的儀控信號電纜感應(yīng)到相應(yīng)電流時有可能會影響設(shè)備的安全運(yùn)行。如何有效抑制這些干擾，屏蔽電纜是一個有效的途徑。采用屏蔽電纜一方面減少屏蔽外空間電磁場對電纜傳輸信號的影響；另一方面降低電纜內(nèi)信號對外部空間的電磁輻射。目前核電廠的儀控電纜均采用屏蔽電纜，但屏蔽電纜抗干擾的能力除了屏蔽層本身的質(zhì)量有關(guān)外，還與屏蔽層接地方式有關(guān)，這就引發(fā)西屋公司對常規(guī)系統(tǒng)接入PLS相關(guān)的電纜屏蔽接地的關(guān)注。

1 I&C電纜接地方式

1.1 常規(guī)I&C電纜單端屏蔽接地

CI設(shè)計院的設(shè)計理念均為電纜單端屏蔽接地。根據(jù)華東院的解釋和查閱相關(guān)論文，I&C電纜屏蔽接地主要是為了滿足系統(tǒng)抗干擾的要求來實(shí)施的，原則均由相應(yīng)的DCS/控制系統(tǒng)廠家提出。國內(nèi)工程設(shè)計均按DCS廠家要求采用單端接地，單端接地最主要的目的是避免雙端接地時可能由于電位差導(dǎo)致的干擾電流。隨著DCS的普及，國內(nèi)涉及到屏蔽接地的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也均要求單端接地，主要如下：

1.1.1 自動化儀表工程施工及質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（GB 50093-2013）第10.2.10條：儀表電纜電線的屏蔽層應(yīng)在控制室儀表盤側(cè)接地，同一回路的屏蔽層應(yīng)有可靠的電氣連續(xù)性，不應(yīng)浮空或重復(fù)接地。

1.1.2 火力發(fā)電廠熱工自動化就地設(shè)備安裝、管路及電纜設(shè)計技術(shù)規(guī)定（DL/T 5182-2004）第8.0.

9條：屏蔽電纜的屏蔽層不得浮空，必須接地，其接地方式一般應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）當(dāng)信號源浮空時，屏蔽層應(yīng)在計算機(jī)側(cè)接地；（2）當(dāng)信號源接地時，屏蔽層應(yīng)在信號源側(cè)接地。

1.1.3 電力建設(shè)施工技術(shù)規(guī)范（DL 5190.4-2012）第4部分：熱工儀表及控制裝置第8.4.12條。

1.2 西屋提出的I&C電纜雙端屏蔽接地

根據(jù)西屋DCP-1950的描述，DCP的目的是確定AP1000的I&C電纜的接地設(shè)計原則保證電磁兼容性（EMC）。西屋發(fā)起此DCP的初衷是為了改進(jìn)EMI/RFI對核電站設(shè)備運(yùn)行的負(fù)面影響。EMI/RFI干擾可能表現(xiàn)為控制系統(tǒng)模擬量回路的噪音或數(shù)字量回路的狀態(tài)完全翻轉(zhuǎn)，電纜屏蔽是消除信號線干擾長期沿用的一個手段。同時，屏蔽線正確的連接至接地結(jié)構(gòu)是消除屏蔽線上電流的關(guān)鍵。幾十年來，控制系統(tǒng)柜側(cè)單端屏蔽接地方式只證明了低頻干擾下的可靠性。

數(shù)字技術(shù)的發(fā)展已在核電站儀表和控制運(yùn)用中引入了高時鐘頻率/低邏輯電平電路。這些進(jìn)步以及電站通訊（比如無線通訊、網(wǎng)絡(luò)）高頻（或高過10GHz）的整體使用使得有必要重新審查核電站的EMC保護(hù)方式。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，對EMI/RFI的理解以及如何解決已經(jīng)落后了?？紤]到對單端接地的熟知，電纜屏蔽層雙端接地通常被誤解。盡管如此，最新的研究和數(shù)字化I&C的升級如西屋在瑞典的哈爾斯核電站TWICE項目已經(jīng)增進(jìn)了對于EMC質(zhì)疑的理解。

基于以上考慮，西屋決定在AP1000電站中運(yùn)用最新的技術(shù)確保EMC。根據(jù)IEEE 1050-1996第6.1節(jié)的規(guī)定，當(dāng)電纜長度與信號波長的比值大于0.15的條件下，電纜應(yīng)該采用雙端接地。因?yàn)楫?dāng)電纜長度在信號波長四分之一以上時，如采用一點(diǎn)接地，則電纜屏蔽層會產(chǎn)生天線效應(yīng)，容易產(chǎn)生干擾；單端接地主要在低頻信號且電纜長度較短時有效。

2 雙端屏蔽接地的接地回路效應(yīng)

當(dāng)導(dǎo)體有兩點(diǎn)接地時，就構(gòu)成所謂的“接地回路”。當(dāng)兩點(diǎn)處于不同電勢時，回路中將產(chǎn)生不期望的電流。AP1000的設(shè)備接地系統(tǒng)為全廠范圍內(nèi)的設(shè)備外殼和金屬結(jié)構(gòu)提供了與電站接地網(wǎng)的連接。AP1000設(shè)計有自己的儀表和計算機(jī)接地系統(tǒng)，并非用于基于供貨商規(guī)范書的I&C機(jī)柜接地。由于全廠接地網(wǎng)設(shè)計為等電位，所有的儀表和柜體均連接到共同的接地盤。因此潛在的電勢差被減少到了最低程度，無需考慮接地回路的問題。此外，電纜屏蔽是只用于EMC目的，電纜屏蔽層僅作為密閉間隔的延伸，而不是電路路徑的一部分。

國內(nèi)常規(guī)火電廣泛采用的OVATION平臺確實(shí)和AP1000非安全級DCS平臺OVATION相同，均為艾默生提供。但國內(nèi)火電項目中，設(shè)計院的工程設(shè)計方案是根據(jù)OVATION廠家艾默生的要求，在OVATION平臺的接地設(shè)計上就與AP1000的接地設(shè)計存在差異。常規(guī)電站項目里，OVATION機(jī)柜安裝時機(jī)柜本體通常對地絕緣，即機(jī)柜螺接，并且使用螺栓絕緣套和絕緣墊片等對機(jī)柜與地進(jìn)行完全絕緣，在安裝后要求進(jìn)行機(jī)柜絕緣測試。而AP1000項目里，西屋的OVATION機(jī)柜要求直接焊接在槽鋼上，槽鋼又與廠房內(nèi)的鋼預(yù)埋件焊接，而預(yù)埋件與廠房鋼結(jié)構(gòu)有機(jī)械連接，最終連接全廠接地網(wǎng)（即槽鋼-預(yù)埋件-鋼結(jié)構(gòu)-全廠接地網(wǎng)）。

西屋在DCP中對接地回路進(jìn)行澄清時，也強(qiáng)調(diào)了其AP1000的接地設(shè)計和I&C機(jī)柜供貨商的規(guī)范不同。由此可見，不可簡單地因?yàn)槌Ｒ?guī)火電采用的OVATION平臺并且電纜接地采用單端接地（也有少量卡件，如轉(zhuǎn)速卡、通訊卡的信號電纜屏蔽會采用兩端接地）就否定AP1000西屋的雙端接地設(shè)計不可靠。西屋的雙端接地設(shè)計是經(jīng)過EMC方面的權(quán)威專家的理論分析以及西屋承建的瑞典TWICE改造項目工程實(shí)踐驗(yàn)證。

3 屏蔽接地施工方式

目前常用的I&C電纜屏蔽接地施工方案主要有以下三種：（1）常規(guī)屏蔽接地方式1：單端接地常見施工方式，在盤柜側(cè)電纜屏蔽層利用黃綠線連接到盤柜內(nèi)的接地端子）；（2）銅箔帶屏蔽接地方式2：雙端屏蔽接地施工方式，先將3M銅箔帶繞在電纜屏蔽層，再將接地引線壓纏2～3道，將接地引線包扎后引接到兩側(cè)的接地端子或接地點(diǎn)；（3）EMC格蘭屏蔽接地方式3：雙端屏蔽接地施工方式，在電纜兩側(cè)利用EMC格蘭，將電纜屏蔽層解散后全周壓接在EMC格蘭內(nèi)的銅環(huán)，并由接電線引接到接地端子或接地點(diǎn)。

西屋提供的雙端屏蔽接地方式主要是上述的接地方式2和3，電站對上述兩種接地方式進(jìn)行現(xiàn)場施工試驗(yàn)。根據(jù)施工工序的難易程度，目前電站采用了接地方式3的EMC格蘭屏蔽接地的施工方式，該施工方式操作簡單、全周屏蔽效果好，滿足IEEE導(dǎo)則下西屋的規(guī)范

要求。

4 結(jié)語

基于IEEE準(zhǔn)則下西屋的設(shè)計規(guī)范要求，I&C電纜采用合理的雙端屏蔽接地措施，電站已經(jīng)完成所有電纜的屏蔽接地施工。在后續(xù)的調(diào)試過程中反饋該屏蔽方式下整個系統(tǒng)良好地抑制了干擾，從而能夠保證機(jī)組安全穩(wěn)定地運(yùn)行，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] IEEE Std 1050-1996 IEEE Guide for Instrumentation Control Equipment Grounding in Generating Stations[S].

[2] Simon M.Mishkov.AP1000 Ovation Interface Design Specification[S].

[3] 李暉，王旭.核電廠儀控設(shè)備的接地與屏蔽[J].發(fā)電與空調(diào)，2013，（4）.

[4] 張淑慧，任永忠.AP1000核電廠儀控系統(tǒng)介紹[J].自動化儀表，2010，（10）.

[5] 張斌，秦會斌.屏蔽電纜的接地問題[J].科技資訊，2006，（7）.

（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint