AP1000非1E級I&C系統(tǒng)接地研究

吳志鋼，陳　雯

(國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京　100095)

AP1000非1E級I&C系統(tǒng)接地研究

吳志鋼，陳雯

(國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京100095)

摘要：主要是針對AP1000依托項(xiàng)目非1E級I&C系統(tǒng)的接地需求，結(jié)合AP1000核電廠的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求，綜合考慮目前AP1000依托項(xiàng)目的工程實(shí)際情況，提出了AP1000非1E級I&C系統(tǒng)的接地方案。重點(diǎn)對接地分類、接地要求以及具體的接地方案進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：AP1000；I&C系統(tǒng)；OVATION；接地

I&C系統(tǒng)合理、可靠的接地，是I&C系統(tǒng)非常重要的內(nèi)容。為了保證I&C系統(tǒng)的監(jiān)測控制精度和安全、可靠運(yùn)行，必須對I&C系統(tǒng)的接地進(jìn)行認(rèn)真設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌考慮。

AP 1000I&C系統(tǒng)架構(gòu)主要是基于兩個(gè)硬件平臺：用于實(shí)現(xiàn)安全系統(tǒng)監(jiān)控、保護(hù)的Common Q平臺和用于常規(guī)電站運(yùn)行，數(shù)據(jù)顯示和控制監(jiān)測的非1E級的Ovation平臺。

本文是基于AP1000依托項(xiàng)目的實(shí)際情況，結(jié)合AP1 000對I&C系統(tǒng)接地的要求以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，結(jié)合OVATION平臺對接地的要求和硬件特點(diǎn)，對非1E級I&C系統(tǒng)接地進(jìn)行分析和研究，明確接地要求，并最終提出可行的非1E級I&C接地方案。

1接地分類

接地按作用分，主要分為兩類：一是為人身安全和電氣設(shè)備運(yùn)行的保護(hù)接地，包括保護(hù)接地、本安接地、防靜電接地和防雷接地等；二是為信號傳輸和抗干擾的工作接地。二者相互關(guān)聯(lián)，密不可分。

1.1保護(hù)地

保護(hù)地是為人身安全和電氣設(shè)備安全而設(shè)置的接地,也稱為安全接地。保護(hù)地是將DCS中平時(shí)不帶電的金屬部分(機(jī)柜外殼，操作臺外殼等)與地之間形成良好的導(dǎo)電連接，以保護(hù)設(shè)備和人身安全。同時(shí)保護(hù)接地還可以防止靜電的積聚。

1.2工作地

工作接地的目的是抗干擾，是為了使I&C系統(tǒng)以及與之相連的儀表均能可靠運(yùn)行并保證測量和控制精度而設(shè)的接地。分為數(shù)字電源地、系統(tǒng)地和屏蔽接地等。在OVATION平臺中，工作地主要包括數(shù)字電源地和系統(tǒng)地。

數(shù)字電源地,也稱為邏輯地、系統(tǒng)電源地或主機(jī)電源地等，主要是用做給I&C系統(tǒng)的信號及內(nèi)部電路提供基準(zhǔn)參考電平。

屏蔽接地，也稱為模擬地，是為了避免電磁場對儀表和信號的干擾而采取的屏蔽網(wǎng)接地。它可以把信號傳輸時(shí)所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號質(zhì)量。

2接地要求

I&C系統(tǒng)的可靠接地是保證I&C系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的重要條件。為了保證I&C系統(tǒng)的檢測控制精度和安全、可靠運(yùn)行，I&C系統(tǒng)的接地必須嚴(yán)格按照接地相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1IEEE標(biāo)準(zhǔn)要求對I&C系統(tǒng)接地的規(guī)定

2.1.1I&C系統(tǒng)接地要求

I&C系統(tǒng)必須接地，并達(dá)到如下目標(biāo)：在瞬態(tài)高電壓發(fā)生時(shí)維持核電站的安全電壓；減少設(shè)備的浪涌影響至最低限度；提供一個(gè)低阻抗的接地故障電流返回路徑；提供一個(gè)可能在設(shè)備上積累的靜電荷的低阻抗泄漏通道；通過在不同裝置、電路和系統(tǒng)間提供一個(gè)寬頻帶的、相對低阻抗的公共信號參考地，以減小噪音干擾。

2.1.2電纜屏蔽接地要求

電纜的安全接地提供了一個(gè)雙向衰減遠(yuǎn)端和近端的電磁干擾的路徑。同時(shí)，接地可以使得兩個(gè)不同的電路公共端維持在同一個(gè)電勢上。接地點(diǎn)確切的實(shí)際位置取決于EMI的來源和電路中的最敏感的零件。一般來說，電路的最敏感的零件在電纜的端部位置。

2.2AP1000接地要求

AP1000標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)考慮I&C系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)和依托項(xiàng)目平臺的硬件特點(diǎn)，對接地也提出了具體的要求是接地和屏蔽應(yīng)遵守IEEE Std. 1050的要求；DCIS接地應(yīng)能保證人員安全，并降低電磁敏感性；供電回路主電纜需提供保護(hù)性接地；工作地應(yīng)確定機(jī)柜或機(jī)柜內(nèi)部設(shè)備不受EMI和RFI的影響，同時(shí)限制其EMI和RFI的輻射；工作地還應(yīng)在故障狀態(tài)時(shí)，保證人員免受接觸電壓的傷害；保護(hù)性接地和工作地都應(yīng)電氣性連接至機(jī)柜外殼；電源分配模塊的數(shù)字電源地應(yīng)連接至機(jī)柜外殼以為直流二次電源提供參考電壓。

3接地方案

3.1I&C機(jī)柜接地方案

I&C機(jī)柜接地是指機(jī)柜(或操作盤/臺)的接地，包括機(jī)柜設(shè)備的保護(hù)地及信號地。

具體的接地方案如下：

(1)所有設(shè)備及外殼應(yīng)充分接地，從而起到為屏蔽干擾電流提供一個(gè)消散的路徑和保護(hù)設(shè)備和人身安全的作用。

(2)至每個(gè)機(jī)柜的供電回路電纜應(yīng)包括一個(gè)保護(hù)接地導(dǎo)線。保護(hù)接地導(dǎo)線應(yīng)發(fā)起自分配源，并從分配源至機(jī)柜處均保持連續(xù)。

(3)機(jī)柜的接地螺栓應(yīng)通過一個(gè)單獨(dú)的導(dǎo)體電氣性連接至電廠接地網(wǎng)。對于獨(dú)立布置的機(jī)柜，必須按該方法進(jìn)行連接；對于一排成組布置的機(jī)柜，連接至中心機(jī)柜即可。接地導(dǎo)體應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)的銅導(dǎo)體，要大于4/0 AWG。接地導(dǎo)體的長度應(yīng)盡可能短。接地導(dǎo)體從機(jī)柜接地端到地面接地點(diǎn)的直流電阻應(yīng)小于1 ohm。

(4)機(jī)柜內(nèi)部的電源分配模塊的接地端也應(yīng)與機(jī)柜外殼連接。因機(jī)柜外殼與接地網(wǎng)是電氣連接的，因此機(jī)柜外殼已與接地網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電氣連接，可以保證當(dāng)機(jī)柜外殼帶電時(shí)可以通過接地螺栓導(dǎo)入到接地網(wǎng)中。

(5)為避免產(chǎn)生接地回路，在電源配電處的電氣接地點(diǎn)和機(jī)柜側(cè)的接地螺栓接地點(diǎn)的電位應(yīng)是一致的，或者小于1 ohm。

3.2電纜接地方案

根據(jù)AP1000標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求，所有直接連接至核心I&C系統(tǒng)的儀控電纜，其屏蔽層應(yīng)在相應(yīng)機(jī)柜端、現(xiàn)場終端設(shè)備和任何中間接觸點(diǎn)(如接線盒和端子箱等)進(jìn)行全周聯(lián)接。

基于該要求，AP1000的電纜屏蔽接地采用EMC密封件的方式，EMC密封件布置在機(jī)柜底部進(jìn)口處，并與機(jī)柜外殼電氣連接。電纜屏蔽層與密封件進(jìn)行全周連接，保證電纜屏蔽層可以做到良好接地。同時(shí)密封件還可以起到物理上的電纜支撐作用和IP防護(hù)作用。

3.3機(jī)柜分組原則

基于OVATION平臺的I&C系統(tǒng)機(jī)柜接地分單機(jī)柜接地和多機(jī)柜接地2種，2種接地在內(nèi)部接地導(dǎo)體連接上有細(xì)微差別。鑒于依托項(xiàng)目和國內(nèi)核電站機(jī)柜布置設(shè)計(jì)多采用的是集中布置方案，因此此處著重介紹多機(jī)柜簇接地方法。

(1)組群中位于主要中心位置的控制機(jī)柜稱為“中心機(jī)柜”，其他機(jī)柜稱為相鄰機(jī)柜,在所有系統(tǒng)中，建議每組機(jī)柜不超過5面，并且相鄰機(jī)柜與中心機(jī)柜距離不能超過10 m。

(2)組群中指定一個(gè)機(jī)柜為中心機(jī)柜，其接地螺栓應(yīng)與接地網(wǎng)相接。組群內(nèi)其余機(jī)柜成為相鄰機(jī)柜。在整個(gè)DCS中，建議每個(gè)組群中機(jī)柜數(shù)量不超過5面，同時(shí)相鄰機(jī)柜與中心機(jī)柜間的距離不能超過10 m。在機(jī)柜分組時(shí)，只有DPU和EIO，以及RIO和EIO機(jī)柜可以分配在一組。

(3)在每個(gè)組群中中心機(jī)柜的接地螺栓應(yīng)通過一根最小4 AWG(最好是0 AWG)的電纜與接地點(diǎn)相連?？梢允褂脵C(jī)柜內(nèi)安裝地板底部的左側(cè)和右側(cè)的專用螺栓來完成這個(gè)連接，并確保從機(jī)柜到接地點(diǎn)的直流電阻小于1 ohm。

(4)組群中所有控制機(jī)柜必須從中心機(jī)柜使用最小為4 AWG的電纜，接地螺栓使用菊花鏈鏈接方式鏈接在一起。確定組群中從接地點(diǎn)到最后一個(gè)機(jī)柜的電纜全長最短。

3.4具體接地方案

機(jī)柜組的接地方案如圖1所示。

4結(jié)語

AP1000核電站I&C系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在我國尚屬新生事物，其相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)也尚不完善。因此，在進(jìn)行I&C系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵循AP1000設(shè)計(jì)原則，嚴(yán)格依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)要求，充分考慮I&C系統(tǒng)平臺的硬件特點(diǎn)，優(yōu)化系統(tǒng)接地方案，保證I&C系統(tǒng)接地滿足要求，以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)行效率，并將這些寶貴經(jīng)驗(yàn)反饋到后續(xù)核電項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中去，從而對形成先進(jìn)、安全成熟的國產(chǎn)化DCS接地方案及推進(jìn)國家核電設(shè)計(jì)自主化、標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化有非常重要的作用。

圖1　機(jī)柜組接地連接示意圖

(本文編輯：嚴(yán)加)

Non-1E I&C System Grounding in AP1000 Nuclear Power Plant

WU Zhi-gang, CHEN Wen

(SNPDRI, Beijing 100095, China)

Abstract:In accordance with the requirements of non-1E I&C system grounding and standard design in AP1000 nuclear power plant, and considering the current engineering situation of AP1000-based projects, this paper proposes the grounding scheme for AP1000 non-1E I&C system. This study focuses on the following aspects: the grounding classification, grounding requirements and specific grounding solutions.

Key words:AP1000; I&C system; OVATION; grounding

DOI：10.11973/dlyny201601029

中圖分類號：TM715

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：2095-1256(2016)01-0139-03

收稿日期：2015-09-18