基于IA平臺的核電廠DCS機(jī)柜的電氣設(shè)計

梁柱 謝挺 蔡曉濤

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基于IA平臺的核電廠DCS機(jī)柜的電氣設(shè)計

梁柱 謝挺 蔡曉濤

中核控制系統(tǒng)工程有限公司，北京 100176

旨在闡述基于IA平臺的核電廠DCS機(jī)柜電氣設(shè)計的一般原則，分別從電磁兼容、電氣設(shè)備、電纜設(shè)計三個方面介紹了設(shè)計方法和注意事項(xiàng)，同時對重要的問題提供了解決方案。

IA平臺；DCS；電氣設(shè)計

引言

核電廠DCS機(jī)柜的電氣設(shè)計應(yīng)以工控產(chǎn)品平臺為基礎(chǔ)。福清核電廠3&4機(jī)組的非安全DCS采用IA平臺，IA平臺本身具有的能夠滿足核電要求的產(chǎn)品特性。

核電廠DCS機(jī)柜的電氣設(shè)計主要包含三個方面：電磁兼容、電氣設(shè)備、電纜設(shè)計。在IA系統(tǒng)平臺上，機(jī)柜電氣設(shè)計每個方面的設(shè)計原則是怎樣的？常見的問題有哪些？已有的工程實(shí)踐是如何解決這些問題的？已有的工程設(shè)計中存在哪些不足，如何改進(jìn)？都是硬件工程師非常關(guān)注的問題。本文著重討論了這些問題，力求提供整套的行之有效的解決方案。

1 電磁兼容

DCS 設(shè)計應(yīng)遵從IEC 標(biāo)準(zhǔn)，提供充分的電磁兼容性（EMC）。

DCS應(yīng)通過符合IEC61000-4的2?6部分的試驗(yàn)項(xiàng)（3、4、5、6項(xiàng)應(yīng)滿足嚴(yán)酷等級3級，2層應(yīng)滿足嚴(yán)酷等級2級）。設(shè)備在測試時，不應(yīng)表現(xiàn)出任何故障或超出指定的運(yùn)行容許值的性能退化。

DCS設(shè)備的設(shè)計應(yīng)使其對核電廠的環(huán)境或人員不會造成任何不良影響。

在DCS 中使用的所有數(shù)字設(shè)備，應(yīng)提交一份電磁干擾/射頻干擾的測試報告和/或分析。這份報告或分析應(yīng)是證明DCS 設(shè)備能夠符合上述要求的基礎(chǔ)。

IA系統(tǒng)的電磁兼容方面的設(shè)計方法為：

（1）在各類IA模塊的設(shè)計和制造中考慮電磁兼容性，以在卡件級滿足電磁兼容要求。

（2）從機(jī)柜的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計方面考慮，如機(jī)柜門安裝傳導(dǎo)和密封條，提高機(jī)柜的密閉性，在通風(fēng)口安裝金屬網(wǎng)等。

2 電氣設(shè)備

電氣設(shè)備的設(shè)計原則如下：

（1）由于門控報警采用FBM207C模塊，回路斷電產(chǎn)生報警信號，故門控模塊應(yīng)連接常開觸點(diǎn)。

（2）IA機(jī)柜采用頂部開口設(shè)計，方便進(jìn)線，并為火災(zāi)探測裝置保留空間。

（3）IA機(jī)柜應(yīng)安裝低噪聲風(fēng)扇，并提供風(fēng)扇報警；IA機(jī)柜在正面和背面的下部安裝了可更換的空氣濾網(wǎng)，在上部安裝風(fēng)扇，并用紙板擋住一側(cè)的通風(fēng)口，以使空氣在柜內(nèi)形成回路。

（4）采用高溫報警溫控裝置，連接常閉觸點(diǎn)，溫度升高，回路斷電產(chǎn)生報警信號。

（5）端子應(yīng)能夠端接0.75～2.5?mm2（個別情況下6?mm2）的芯線，并設(shè)計能夠連接雙根芯線。但原則上應(yīng)該設(shè)計為一個端子只連接一根芯線。

（6）端子上打印標(biāo)記號，此標(biāo)示與核電廠的設(shè)備命名規(guī)則保持一致。

（7）IA系統(tǒng)采用集成背板的設(shè)計，減少了FBM之間、FCP之間、FBM與FCP之間的手動接線，同時在FCP背板與FBM背板之間，F(xiàn)BM與TA之間大量采用了預(yù)制電纜，進(jìn)一步減少了純手動接線。

（8）柜內(nèi)直流電源模塊均設(shè)有故障報警輸出，電源報警采用FBM207C模塊，回路斷電產(chǎn)生報警信號，故應(yīng)連接電源故障報警輸出的常閉觸點(diǎn)。

（9）柜外直流電源的報警采用光耦繼電器，同樣是FBM207C模塊的回路斷電產(chǎn)生報警信號，故應(yīng)連接光耦繼電器常開觸點(diǎn)。

3 電纜設(shè)計

電纜設(shè)計原則如下：

（1）所有互連的電纜或電線、接頭、電纜束帶、電纜管道、電線槽都使用低煙、無鹵、阻燃材料，符合IEC60332-1，IEC60332-3 的規(guī)定。電纜中的單根導(dǎo)線也應(yīng)阻燃，不得釋放有毒或腐蝕性產(chǎn)物。

（2）現(xiàn)場電纜每組絞線單獨(dú)屏蔽并且整個電纜總屏蔽，滿足K3 和設(shè)計方規(guī)格書要求。機(jī)柜設(shè)有專門的屏蔽接地排，用于現(xiàn)場電纜的屏蔽接地。不過，即使對數(shù)字量信號不采用屏蔽電纜（采用普通控制電纜連接），DCS系統(tǒng)也應(yīng)能夠正常工作。

（3）每根芯線在兩端都提供點(diǎn)對點(diǎn)的線標(biāo)來進(jìn)行識別，與接線圖上的芯線號相一致。IA機(jī)柜的每個線號都同時標(biāo)有起始端和目的端的設(shè)備標(biāo)記號。

（4）電纜應(yīng)根據(jù)顏色和分配的電纜號標(biāo)識，并應(yīng)遵守買方提供的電纜標(biāo)識原則。

（5）同一機(jī)柜或盤臺內(nèi)不同列的內(nèi)部接線應(yīng)通過專門和密閉的電纜路徑敷設(shè)。隔離措施滿足RCC-E D7000要求。B列電纜需穿金屬管敷設(shè)。

（6）DCS設(shè)計應(yīng)限制現(xiàn)場布線的數(shù)量，最大限度地利用多芯連接器和預(yù)裝配電纜。使用連接器的時候，應(yīng)提供適當(dāng)措施以防止短路或誤接。盡可能減少單線對單線或單線對端子的連接。

（7）光纖應(yīng)盡量使用帶備用光纖的多模光纜，光纖不能采用絞接。

一般來說，電纜托架不屬于IA系統(tǒng)的供給范圍。但是，在作硬件設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

①與A和B列相關(guān)的電纜通道根據(jù)不同的安全防火分區(qū)、房間、廊道等，走不同路徑。

②低壓控制和測量電纜托盤系應(yīng)與動力電纜托盤隔離，以便盡量減少任何信號干擾。電纜通道的屏蔽采用金屬托盤接地和空間隔離是可以接受的機(jī)柜或控制盤內(nèi)布線槽里電纜、芯線的裝入量不得超過容量的40％。

同時，以下的準(zhǔn)則應(yīng)被用于機(jī)柜或控制盤內(nèi)部的布線。

①交流和直流電路應(yīng)保持隔離。

②測量信號的線應(yīng)與動力或控制線隔離，可以通過使用單獨(dú)走線來隔離。儀表的信號線與電源和控制線路一起敷設(shè)一般是不允許的。

③安全級回路和非安全級回路，以及冗余安全級回路的隔離應(yīng)遵照 RCC-E D7000。

④非安全級線不得與安全級線捆成一束。

⑤提供給光纖電纜的電纜托架，電纜通道和貫串件應(yīng)考慮光纖電纜的彎曲半徑。光纖電纜應(yīng)該是耐磨的。

4 結(jié)語

本文圍繞IA系統(tǒng)產(chǎn)品特性和核電站DCS機(jī)柜電氣設(shè)計要求之間的關(guān)系，分別從電磁兼容、電氣設(shè)備、電纜設(shè)計這三大方面，詳細(xì)闡述了在IA系統(tǒng)平臺上開展機(jī)柜電氣設(shè)計的原則。同時，結(jié)合福清核電DCS項(xiàng)目的工程實(shí)踐，針對電氣設(shè)計中經(jīng)常遇到的難題，提出了可行的解決方案。本文還分析了福清核電DCS項(xiàng)目機(jī)柜電氣設(shè)計中的不足之處，并提出了改進(jìn)方法，可以作為后續(xù)核電DCS項(xiàng)目在開展硬件設(shè)計時的參考。

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[3]邱成悌，等.電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].江蘇：東南大學(xué)出版社，2001.

Electrical Design of DCS Cabinet of Nuclear Power Plant Based on IA Platform

Liang Zhu Xie Ting Cai Xiaotao

China Nuclear Control System Engineering Co., Ltd., Beijing 100176

The purpose of thes paper is to describe the general principles of the electrical design of a DCS cabinet of Nuclear Power Plant based on IA platform. The design methods and precautions are respectively introduced from the aspects of electromagnetic compatibility, electrical equipment and cable design. At the same time, solutions to important problems are provided.

IA platform;DCS;electrical design

TP271

A

梁柱(1984—)，男，河北張家口人，工程師，主要從事反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)字化儀控設(shè)計。謝挺(1984—)，男，新疆昌吉人，工程師，主要從事核電廠非安全級DCS系統(tǒng)設(shè)計。蔡曉濤(1980—)，男，山東濰坊人，工程師，主要從事反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)字化儀控設(shè)計。