AGM 溫度變送器抗干擾測試及改進

岳春生，劉 陽

（中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

AGM HPM 4003-20 RTD 型（以下簡稱AGM）溫度變送器為秦三廠典型儀表，輸出（4～20）mA 電流信號，主要用于現(xiàn)場重要設(shè)備/系統(tǒng)的控制，如1#停堆系統(tǒng)可編程比較控制器用慢化劑溫度信號、反應(yīng)堆調(diào)節(jié)系統(tǒng)堆內(nèi)鉑探測器中子測量校準(zhǔn)用反應(yīng)堆出/入口集管溫差信號、主泵上軸承高溫跳車保護信號等。在機組調(diào)試及運行期間，AGM 溫度變送器曾發(fā)生過輸出信號異常波動、觸發(fā)安全系統(tǒng)通道高報的問題，經(jīng)現(xiàn)場排查，初步判斷儀表抗干擾能力可能存在不足。

針對上述問題，選取主要使用的4 種測量范圍的AGM 溫度變送器備件樣品各一臺（表1），進行實驗室抗干擾測試，取得量化數(shù)據(jù)。

表1 AMG 溫度變送器清單

1 測試方案

1.1 測試電路搭建

根據(jù)AGM 變送器工作原理（圖1）搭建測試電路，用精密電阻箱模擬輸入電阻信號，4 臺樣品按表2 調(diào)校。

1.2 抗干擾性能測試

測試原則為先做無損或微損試驗，后做破壞性試驗。結(jié)合現(xiàn)場實際工況，首先通過對電源側(cè)施加擾動，評估樣品的抗擾動性能，其次選擇工頻磁場以及靜電放電兩種抗干擾試驗來驗證樣品的電磁兼容性能。

圖1 AMG 溫度變送器工作原理

1.2.1 電源側(cè)擾動測試

試驗方法：將電阻箱電阻設(shè)置為100 Ω，將電源電壓設(shè)置為40 V，待樣品輸出達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，測量取樣電阻（150 Ω）的電壓，隨后將電源電壓切換至12 V（模擬電源擾動），測量取樣電阻的電壓。

1.2.2 工頻磁場抗擾度測試

（1）試驗方法。①工頻磁場模擬器的電流發(fā)生器與磁場線圈之間的距離不大于3 m，將一木桌作為試驗臺置于磁場線圈中，調(diào)節(jié)支撐高度使被測儀表置于磁場線圈中心位置。樣品按要求進行配置和連接，將電阻箱電阻設(shè)置為100 Ω，處于正常工作狀態(tài)。設(shè)定工頻磁場模擬器磁場強度為3 A/m，連續(xù)測試時間為300 s。改變磁場方向，使樣品分別處于三維坐標(biāo)系x，y，z 三向工頻磁場下完成測試，實驗過程中監(jiān)測變送器的輸出信號是否存在擾動。②試驗完成后，在上蓋與殼體之間的縫隙處涂覆屏蔽膠或屏蔽薄膜，再重復(fù)上述試驗，并監(jiān)測樣品輸出信號是否存在擾動。③試驗完成后，在殼體絕緣漆打掉，使外殼接地，再重復(fù)上述試驗，并監(jiān)測樣品輸出信號是否存在擾動。試驗過程中，樣品應(yīng)無損壞。

表2 變送器調(diào)校表

（2）試驗標(biāo)準(zhǔn)。GBT 17626.8—2006 工頻磁場抗擾度試驗。

（3）試驗儀器。工頻磁場模擬器。

1.2.3 靜電放電抗擾度測試（外殼對地）

（1）試驗方法。①實驗室的地面應(yīng)鋪設(shè)一塊厚度至少為0.25 mm 的鋁或銅金屬板作為接地參考平面，也可使用其他金屬材料，但厚度至少0.65 mm。接地參考平面的最小尺寸為1 m2。接地參考平面的四周至少應(yīng)超出儀表或耦合板0.5 m，并應(yīng)與保護接地系統(tǒng)相連。試驗臺為一個放在接地參考平面上0.8 m 高的木桌，放在桌面上的水平耦合板面積為1.6 m×0.8 m，垂直耦合板面積為0.5 m×0.5 m。樣品應(yīng)按要求進行配置和連接，處于正常工作狀態(tài)，并應(yīng)用0.5 mm厚的絕緣襯墊與水平耦合板絕緣。樣品與實驗室除接地參考平面外的四壁和其他金屬結(jié)構(gòu)之間必須有至少1 m 的間距。靜電放電發(fā)生器的放電回路應(yīng)以低電阻方式連接接地參考平面。靜電放電試驗包括直接放電和間接放電兩種方式，直接放電包括接觸放電和空氣放電，間接放電為耦合板放電。靜電施加于樣品操作人員可能觸及到的地方，有金屬的部分選擇接觸放電，不能使用接觸放電的部分選擇空氣放電。接觸放電試驗電壓應(yīng)從4 kV，6 kV，8 kV（空氣放電應(yīng)2 kV，4 kV，8 kV，15 kV）逐級增加，并監(jiān)測樣品輸出信號，至發(fā)現(xiàn)輸出信號出現(xiàn)擾動為止，且試驗電壓不再繼續(xù)增加。若達(dá)到上述最大電壓等級時，仍未發(fā)現(xiàn)擾動現(xiàn)象，則說明樣品抗干擾能力滿足要求。試驗應(yīng)以單次放電的方式進行。在預(yù)選點上，至少施加10 次單次放電（每一極性）。連續(xù)單次放電之間的時間間隔至少為1 s。②試驗完成后，在上蓋與殼體之間的縫隙處涂覆屏蔽膠或屏蔽薄膜，重復(fù)上述試驗，并監(jiān)測樣品輸出信號是否存在擾動。③試驗完成后，在殼體絕緣漆打掉，使外殼接地，重復(fù)上述試驗，并監(jiān)測樣品輸出信號是否存在擾動。試驗過程中，樣品應(yīng)無損壞。

（2）試驗標(biāo)準(zhǔn)。GBT 17626.2—2006 電磁兼容試驗和測量技術(shù)—靜電放電抗擾度試驗。

（3）試驗儀器。靜電放電模擬器。

2 試驗結(jié)果

2.1 電源側(cè)擾動測試

按照1.2.1 節(jié)的測試方案對各樣品進行測試，測試結(jié)果見表3。從表3 可見，當(dāng)電源電壓由40 V 切換為30 V 時，樣品輸出發(fā)生掉壓現(xiàn)象，電壓變化情況如圖2 所示，其中，時間單位是s，幅值單位是V。

表3 電源側(cè)擾動測試結(jié)果（輸入）

圖2 電源側(cè)掉壓測試結(jié)果

2.2 工頻磁場抗擾度測試

按照1.2.2 節(jié)的測試方案對各樣品進行測試，測試結(jié)果相同。以1#樣品測試結(jié)果為例（圖3，時間單位是s，幅值單位是V），可見磁場強度、磁場方向?qū)悠份敵鼋Y(jié)果沒有影響。

圖3 1#樣品工頻磁場抗擾度測試結(jié)果

2.3 靜電放電抗擾度測試

按照1.2.3 節(jié)的測試方案對各樣品進行測試，測試結(jié)果相同。以1#樣品為示例進行說明。電阻箱電阻為100 Ω，取樣電阻為150 Ω，在未處理前對外殼施加4 kV 靜電，輸出結(jié)果見圖4。從圖4 可見，樣品輸出信號產(chǎn)生了近300%擾動。擾動從3.374 s 開始，3.442 s 結(jié)束，持續(xù)時間為0.068 s。

經(jīng)測試，樣品上蓋整體為非金屬材料，外殼底座雖為金屬材料，但表面涂敷了絕緣漆，因此未構(gòu)成完整的屏蔽。對1#樣品進行處理，打磨掉接縫處、調(diào)校孔處以及底座螺栓連接處的絕緣漆，使樣品上蓋、外殼及底座全部連通，處理后的效果見圖5。之后通過錫箔紙將上蓋與外殼連通，使樣品初步形成完整的屏蔽，并將外殼接地（圖6）。

第二次對樣品外殼施加4 kV 靜電，輸出結(jié)果見圖7，從中可見經(jīng)以上處理后，1#樣品的輸出信號擾動幅度大幅降低，但依然存在近100%擾動。擾動從1.605 s 開始，1.65 s 結(jié)束，持續(xù)時間約為0.045 s。

經(jīng)進一步分析，樣品打磨、錫箔連通上蓋與外殼均為手工操作，不能保證屏蔽完整性，因此繼續(xù)對1#樣品進行處理：用錫箔紙包覆樣品整體并接地，效果見圖8。再次對樣品外殼施加4 kV靜電，輸出結(jié)果見圖9，從中可見1#樣品的輸出信號擾動幅度繼續(xù)降低，減小到17.4%。擾動從6.761 s 開始，6.789 s 結(jié)束，持續(xù)時間約為0.028 s。

圖4 1#樣品靜電4 kV（未處理）測試結(jié)果

圖5 1#樣品外殼打磨

圖6 1#樣品上蓋與外殼連通并接地

將以上1#樣品的3 次測試結(jié)果匯總見表4，從中可見，完整的屏蔽與良好的接地是提高抗靜電性能的重要手段，靜電干擾的擾動幅值和持續(xù)時間跟屏蔽效果直接相關(guān)，屏蔽效果越好，擾動幅度越小、持續(xù)時間越短。

1#～4#樣品為廠家標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，外殼材料和結(jié)構(gòu)相同，以上對1#樣品所做靜電測試結(jié)果具有代表性。

圖7 1#樣品靜電4 kV（整體接地）測試結(jié)果

圖8 1#樣品全屏蔽并接地

圖9 1#樣品靜電4 kV（錫箔紙全包覆）測試結(jié)果

表4 3 種靜電放電對1#樣品輸出的影響

3 測試結(jié)論

（1）電源側(cè)電壓出現(xiàn)波動，對AGM 溫度變送器輸出影響明顯。

（2）磁場強度、磁場方向?qū)MG 溫度變送器輸出無顯著影響，溫度變送器抗工頻磁場性能良好。

（3）未作處理前，靜電會顯著AGM 溫度變送器輸出，擾動幅度近300%；外殼整體接地后，靜電對變送器輸出影響降低，但擾動幅度仍近100%；用錫箔紙全包覆后，靜電對變送器輸出影擾動響降低至不足20%。綜上，AGM 溫度變送器抗靜電干擾能力不足。

4 性能改進

針對測試結(jié)論，結(jié)合電廠實際，就AGM 溫度變送器的抗干擾性能提升做如下分析和改進。

（1）工作電源的穩(wěn)定性。AGM 溫度變送器使用的40 V 工作電源為電廠典型電源，壓力、液位、流量等儀表均使用該電源。設(shè)計上，40 V 電源供電母線為安全級，電源硬件有冗余列，40 V電源穩(wěn)定供電有保障，電廠不需對因電源波動而影響AGM 溫度變送器輸出的情況做處理。

（2）外殼的抗靜電性。AGM 溫度變送器安裝在金屬材料的盤柜中，盤柜接地，在盤柜門關(guān)閉狀態(tài)下，能夠為變送器提供抗外來靜電干擾的屏蔽；在盤柜門開啟狀態(tài)下，靜電干擾的主要來源是人體靜電，操作變送器前及過程中，電廠人員需做好靜電消除措施，該要求落實到相應(yīng)維修規(guī)程或操作票中。因?qū)I(yè)性強、操作復(fù)雜且對變送器外殼有破壞性，電廠不需執(zhí)行2.3 節(jié)所述對變送器外殼上蓋、接縫、底座等部分進行屏蔽完整性提升的操作。