核電廠儀控系統(tǒng)防雷接地抗干擾設計

鐘舒

摘 要：隨著科技的不斷發(fā)展，我國核電工業(yè)水平也有了全面提升，核電在各個領域發(fā)揮引領作用，為經(jīng)濟建設提供優(yōu)質(zhì)服務。核電工業(yè)是高科技產(chǎn)業(yè)，各個環(huán)節(jié)均需要保持高度的謹慎，才能確保應用安全可靠。文章主要結(jié)合具體工程設計實踐，全面對核電廠儀控系統(tǒng)防雷接地抗干擾工程設計進行介紹，進一步提出方法與措施，確保設計科學合理，保證核電運行操作安全。

關鍵詞：核電廠；控制系統(tǒng)；防雷；抗干擾；接地；屏蔽

中圖分類號：TM623 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）30-0112-02

科技的發(fā)展與創(chuàng)新，推動了各行業(yè)的進步，機械設備制造技術也有了全面提高，通過與計算機系統(tǒng)的整合，核電設備也完全實現(xiàn)了設備數(shù)字化發(fā)展，核電廠儀控系統(tǒng)成為行業(yè)標配，在全領域數(shù)字化的過程中，也面臨較多的問題，只有全面保證敏感設備和系統(tǒng)免受外界和內(nèi)部干擾，才能維持良好的運行，保證正常有序工作，避免出現(xiàn)核安全事故，保證人們生命財產(chǎn)安全。

1 儀控系統(tǒng)抗干擾設計原則及綜合措施

1.1 設計原則

核電廠在運行過程中，各類設備很容易受到外界的干擾，特別是精密的儀控系統(tǒng)，很容易受干擾源影響，當外界環(huán)境出現(xiàn)變化，就會產(chǎn)生電磁脈沖、空中電磁輻射等，對設備穩(wěn)定運行形成嚴重的干擾，同時，也面臨來自內(nèi)部大容量用電設備啟停的影響，來自各個方面的不同干擾源，防不勝防，整體看，這些干擾因素是不確定的，有可模擬、可試驗、有規(guī)律的干擾事件，還會有無規(guī)律、小概率的干擾事件，針對不同的干擾特點，我們需要保持核電廠運行穩(wěn)定與安全，才能確保良好的運行環(huán)境，可以通過小環(huán)境設計，形成一個應對復雜環(huán)境和干擾因素的抗干擾空間，形成細化的方案，以此全面確保核電廠穩(wěn)定安全運行，使設備發(fā)揮功能作用，減少投入提高效益。為了進一步減少投資成本，需要在方案設計時充分考慮到成本一塊，全面對設備運行的環(huán)境進行分析，明確防護目標特點和基本要求，通過低成本投入，減少設備運行的風險。

1.2 基本措施

要想設計出安全的運行環(huán)境，則需要在科學、合理、高效、穩(wěn)定的基本原則下進行設計，全面設計好核電廠儀控系統(tǒng)抗干擾綜合方案，為了保證效果，我們可以實現(xiàn)幾個措施：包括共用接地裝置、法拉第籠、局部增設防護屏蔽金屬網(wǎng)格、等電位連接、接地、屏蔽、合理布線及加裝浪涌保護器等方法，全面提高核電廠儀控防雷效果。

2 核電廠儀控系統(tǒng)防雷接地、抗干擾設計

2.1 設計的標準和依據(jù)

核電廠防雷接地、抗干擾工程設計有著嚴格的要求和標準，進行設計時，要嚴格執(zhí)行國際標準和國家標準兩個依據(jù)。全面綜合的考慮到防雷接地范圍，使外部防雷和內(nèi)部防雷相互作用，協(xié)調(diào)統(tǒng)一。外部防雷主要是避免出現(xiàn)雷電的直擊，一般多是使用法拉第籠的方式；內(nèi)部防雷主要是應對雷電感應，避免出現(xiàn)雷電波侵入的風險，在設計的時候，主要是用等電位連接的方式充分做好防雷準備。針對電磁兼容標準，消除和抑制干擾主要進行接地、屏蔽干擾源及受擾敏感設備的方式。核電廠防雷系統(tǒng)設計要充分滿足安全需要，確保核島、常規(guī)島及BOP防雷保護高標準，通常按Ⅰ級進行安全設防，電氣、電子設備、建構(gòu)筑物則按Ⅱ級安全標準進行設防。

2.2 防直擊雷的法拉第籠

建筑物在自然條件下，很容易出現(xiàn)遭受外部雷電直擊的可能，導致建筑物出現(xiàn)局部損害，為了有效避免出現(xiàn)損壞，則需要在建筑物周邊進行屏蔽處理，避免出現(xiàn)強電磁場，可以沿核電廠周圍的廠房進行設計，使外周建筑物、外墻、屋頂及地下各個基礎建筑，形成有效的屏蔽。用熱鍍鋅 10圓鋼在建構(gòu)筑物周圍不同部位以5m×5m間距結(jié)成互聯(lián)互通的網(wǎng)狀格柵，使所有的建筑得到充分保護，這種方法就是法拉第籠，通過有效果的措施全面對建筑物及內(nèi)部物實施有效的保護。籠區(qū)內(nèi)部電位是零，而籠體內(nèi)則不存在干擾性的電場，使電磁場得不到傳播，實現(xiàn)阻斷的作用，全面保護儀控系統(tǒng)和設備，籠體接地裝置又能起到分流、泄流的作用，使雷電不能直接作用到設備儀器上。

2.3 共用接地裝置

為了保證廠房安全，需要從全方位進行防雷接地設計，因為不同的廠房地下均設置有接地裝置，這些單獨接地裝置只能對各自廚房起到防護作用，但是在強雷電的情況下，卻很容易出現(xiàn)問題，為了保證發(fā)揮設置的綜合作用，則需要通過對地下所有的設置進行互聯(lián)統(tǒng)一，使核電廠整個廠區(qū)地下形成公共接地網(wǎng)，設計時，需要保證共用接地網(wǎng)接地電阻滿足DCS系統(tǒng)接地需要，嚴格等級與標準設計。

2.4 等電位連接

核電廠各廠房建筑物內(nèi)部的不同設備之間在運行的時候，很容易出現(xiàn)電位差，為了保證不受干擾，則需要將內(nèi)部所有裝置外部導電部分和內(nèi)部系統(tǒng)做好等電位的統(tǒng)一與連接。可以充分利用好各建筑物本體鋼筋結(jié)構(gòu)，使各個部位連接成片，形成三維網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，這樣就能使內(nèi)部所有裝置的外部導電部分和內(nèi)部系統(tǒng)形成等電位連接，有效避免出現(xiàn)設備間危險的電位差，使磁場得到有效的衰減，保證各儀器設備安全穩(wěn)定運行。另外，還要對儀控系統(tǒng)相關電纜屏蔽層、設備金屬殼體、金屬支吊架、敏感儀表設備、導電金屬結(jié)構(gòu)、進出建筑物管路合理連接，用最短路徑進行整體性的連接，使各部位形成等電位體。高頻設備等電位連接導體橫截面盡量為矩形，低頻設備等電位導體橫截面沒有嚴格的標準要求。

2.5 控制室系統(tǒng)設備防雷接地措施

核電廠主控室是重要的指揮中心，起到對各種信息的匯集作用，可以說，其重要性是毋庸置疑的，DCS控制設備集數(shù)據(jù)采集、處理、運算于一體，是重要的控制設備之一。為了保證主控室安全，需要對內(nèi)部電磁干擾進行處理，對大容量設備、高壓電器要遠離干擾。將主控室和電子設備間設置在遠離1層屏蔽網(wǎng)的地方，避免離外墻過近，影響設備安全運行，只有全面保證主控室和DCS機柜間設置在環(huán)核島廠房外，才能確保廠房安全。

操作臺和控制盤柜殼體均用鋼板材料制作并全封閉，屬于帶電導體，這種設計主要是確保臺、盤、儀表、電子及網(wǎng)絡的安全，為了保證安全穩(wěn)定運行，則需要對機柜各部分做電氣連接處理，機柜門、頂、底等活動部件使用截面4mm2的絕緣多股銅芯電線實現(xiàn)電氣連接，臺、盤、柜內(nèi)裝有與機柜本體相連接保護接地匯流條。適當考慮加裝浪涌防護器的方法，對建筑物屋頂、外墻、室外埋地電纜進行入口處置，可以加裝浪涌防護器，浪涌防護器匯流條與總接地排連接使用截面積為16mm2的絕緣多股銅芯導線，阻抗不超過0.5Ω。endprint

2.6 電纜布設和屏蔽

大部分儀表接線都是由外進入，穿鋼管進行地下敷設。電纜敷設采用穿管保護和電纜架，能夠起到一定的防護作用。要想發(fā)揮最大功能，避免出現(xiàn)直擊雷的強烈干擾，埋地電纜0.7m上方采用同路徑敷設一根銅質(zhì)裸導線，銅導線與其下平行敷設的埋地電纜排最外側(cè)電纜的夾角不大于90°，超過90°，則加設銅導線。廚房由外進入的敷設電纜，多數(shù)是采用屏蔽電纜全程穿鋼管或封閉金屬電纜槽方式進行設計的，敷設過程也較為周密安全，但是卻需要在設計時，做好安全工作，如果是采用金屬鎧裝屏蔽電纜，可不穿鋼管或全封閉金屬電纜槽，避免了材料的浪費，節(jié)省了敷設成本。如果是電纜內(nèi)、外屏蔽層電氣導通，那么則需要對金屬電纜槽和金屬護管全程進行封閉。進行電纜屏蔽接地設計的時候，為了保證最大安全，則需要在屏蔽電纜外屏蔽層兩側(cè)進行有效接地，而內(nèi)屏蔽層只需要在一端接地即可。我們要全面考慮到信號源的接地位置，主要是在DCS機柜一側(cè)，所以說，信號屏蔽電纜內(nèi)屏蔽層也需要在DCS機柜端做好全面的接地設置。當信號在傳輸?shù)臅r候。一般情況下，電纜內(nèi)屏蔽層需要設置到接電纜護管和電纜槽、電纜橋架兩端，有一些特殊的工程，也可以對金屬設備、結(jié)構(gòu)、框架進行電氣連接設計，形成整體的統(tǒng)一系統(tǒng)，確保鋼管、電纜槽等實現(xiàn)多點接地，保證穩(wěn)定與安全。

2.7 儀表設備防雷接地

核電廠房現(xiàn)場會有許多的儀表設備，這些儀表設備很容易出現(xiàn)干擾，特別是在雷電天氣，受雷電電磁脈沖的影響較多，能夠?qū)е略O備浪涌性的干擾現(xiàn)象，為了保證設備運行，則需要通過屏蔽、接地及安裝浪涌防護器的方法，實現(xiàn)運行安全。

現(xiàn)場儀表多是有著厚重的金屬外殼或者是金屬保護箱，這種設計是全封閉式的，主要是保護現(xiàn)場設備儀表不受損壞，盡量使箱體就近接地。接地不需要特殊處理，多是通過金屬安裝支架或金屬設備形成自然接地狀態(tài)，使金屬設備、容器和操作平臺現(xiàn)場儀表與設備和操作臺等電位連接。建筑物外傳感器使用裝配式浪涌防護器，安裝在同一個金屬箱內(nèi)，確保金屬防護箱外殼與外部接地系統(tǒng)終端得到有效連接，避免出現(xiàn)安全生產(chǎn)事故，保證設備的安全運行。在實際生產(chǎn)過程中，一些儀表露在室外，可以嘗試設置室外獨立接閃器，形成有效的聯(lián)合防護。

3 結(jié)束語

核電工業(yè)越來越發(fā)達，其整體控制系統(tǒng)也實現(xiàn)了高度的數(shù)字化控制，為了保證運行穩(wěn)定安全，則需要在儀控系統(tǒng)防雷接地抗干擾方面下大氣力，不斷研究與創(chuàng)新，不斷破解復雜的問題。在整體運行安全的基礎上，要全面強化設計能力，引進核電廠設計新理念，提高標準要求，在常規(guī)防護措施基礎上適當探索更加實用的有效方法，減少雷電危害，防止設備損壞，確保核電廠穩(wěn)定安全的運行，推動經(jīng)濟與發(fā)展。

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