AP1000非1E級I&C系統接地研究

吳志鋼，陳　雯

(國核電力規劃設計研究院，北京　100095)

AP1000非1E級I&C系統接地研究

吳志鋼，陳雯

(國核電力規劃設計研究院，北京100095)

摘要：主要是針對AP1000依托項目非1E級I&C系統的接地需求，結合AP1000核電廠的標準設計要求，綜合考慮目前AP1000依托項目的工程實際情況，提出了AP1000非1E級I&C系統的接地方案。重點對接地分類、接地要求以及具體的接地方案進行研究。

關鍵詞：AP1000；I&C系統；OVATION；接地

I&C系統合理、可靠的接地，是I&C系統非常重要的內容。為了保證I&C系統的監測控制精度和安全、可靠運行，必須對I&C系統的接地進行認真設計和統籌考慮。

AP 1000I&C系統架構主要是基于兩個硬件平臺：用于實現安全系統監控、保護的Common Q平臺和用于常規電站運行，數據顯示和控制監測的非1E級的Ovation平臺。

本文是基于AP1000依托項目的實際情況，結合AP1 000對I&C系統接地的要求以及相關標準規范的要求，結合OVATION平臺對接地的要求和硬件特點，對非1E級I&C系統接地進行分析和研究，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備運行的保護接地，包括保護接地、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。二者相互關聯，密不可分。

1.1保護地

保護地是為人身安全和電氣設備安全而設置的接地,也稱為安全接地。保護地是將DCS中平時不帶電的金屬部分(機柜外殼，操作臺外殼等)與地之間形成良好的導電連接，以保護設備和人身安全。同時保護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系統以及與之相連的儀表均能可靠運行并保證測量和控制精度而設的接地。分為數字電源地、系統地和屏蔽接地等。在OVATION平臺中，工作地主要包括數字電源地和系統地。

數字電源地,也稱為邏輯地、系統電源地或主機電源地等，主要是用做給I&C系統的信號及內部電路提供基準參考電平。

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接地。它可以把信號傳輸時所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號質量。

2接地要求

I&C系統的可靠接地是保證I&C系統安全、可靠運行的重要條件。為了保證I&C系統的檢測控制精度和安全、可靠運行，I&C系統的接地必須嚴格按照接地相關標準和要求進行設計。

2.1IEEE標準要求對I&C系統接地的規定

2.1.1I&C系統接地要求

I&C系統必須接地，并達到如下目標：在瞬態高電壓發生時維持核電站的安全電壓；減少設備的浪涌影響至最低限度；提供一個低阻抗的接地故障電流返回路徑；提供一個可能在設備上積累的靜電荷的低阻抗泄漏通道；通過在不同裝置、電路和系統間提供一個寬頻帶的、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雙向衰減遠端和近端的電磁干擾的路徑。同時，接地可以使得兩個不同的電路公共端維持在同一個電勢上。接地點確切的實際位置取決于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標準設計考慮I&C系統整體設計和依托項目平臺的硬件特點，對接地也提出了具體的要求是接地和屏蔽應遵守IEEE Std. 1050的要求；DCIS接地應能保證人員安全，并降低電磁敏感性；供電回路主電纜需提供保護性接地；工作地應確定機柜或機柜內部設備不受EMI和RFI的影響，同時限制其EMI和RFI的輻射；工作地還應在故障狀態時，保證人員免受接觸電壓的傷害；保護性接地和工作地都應電氣性連接至機柜外殼；電源分配模塊的數字電源地應連接至機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機柜接地方案

I&C機柜接地是指機柜(或操作盤/臺)的接地，包括機柜設備的保護地及信號地。

具體的接地方案如下：

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

(2)至每個機柜的供電回路電纜應包括一個保護接地導線。保護接地導線應發起自分配源，并從分配源至機柜處均保持連續。

(3)機柜的接地螺栓應通過一個單獨的導體電氣性連接至電廠接地網。對于獨立布置的機柜，必須按該方法進行連接；對于一排成組布置的機柜，連接至中心機柜即可。接地導體應該是標準的銅導體，要大于4/0 AWG。接地導體的長度應盡可能短。接地導體從機柜接地端到地面接地點的直流電阻應小于1 ohm。

(4)機柜內部的電源分配模塊的接地端也應與機柜外殼連接。因機柜外殼與接地網是電氣連接的，因此機柜外殼已與接地網實現電氣連接，可以保證當機柜外殼帶電時可以通過接地螺栓導入到接地網中。

(5)為避免產生接地回路，在電源配電處的電氣接地點和機柜側的接地螺栓接地點的電位應是一致的，或者小于1 ohm。

3.2電纜接地方案

根據AP1000標準設計要求，所有直接連接至核心I&C系統的儀控電纜，其屏蔽層應在相應機柜端、現場終端設備和任何中間接觸點(如接線盒和端子箱等)進行全周聯接。

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

3.3機柜分組原則

基于OVATION平臺的I&C系統機柜接地分單機柜接地和多機柜接地2種，2種接地在內部接地導體連接上有細微差別。鑒于依托項目和國內核電站機柜布置設計多采用的是集中布置方案，因此此處著重介紹多機柜簇接地方法。

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

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

(3)在每個組群中中心機柜的接地螺栓應通過一根最小4 AWG(最好是0 AWG)的電纜與接地點相連。可以使用機柜內安裝地板底部的左側和右側的專用螺栓來完成這個連接，并確保從機柜到接地點的直流電阻小于1 ohm。

(4)組群中所有控制機柜必須從中心機柜使用最小為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到最后一個機柜的電纜全長最短。

3.4具體接地方案

機柜組的接地方案如圖1所示。

4結語

AP1000核電站I&C系統的設計在我國尚屬新生事物，其相應的設計標準和法規也尚不完善。因此，在進行I&C系統接地設計時，必須遵循AP1000設計原則，嚴格依據標準及設計要求，充分考慮I&C系統平臺的硬件特點，優化系統接地方案，保證I&C系統接地滿足要求，以取得良好的經濟效益和運行效率，并將這些寶貴經驗反饋到后續核電項目的設計中去，從而對形成先進、安全成熟的國產化DCS接地方案及推進國家核電設計自主化、標準化、系統化有非常重要的作用。

圖1　機柜組接地連接示意圖

(本文編輯：嚴加)

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

文獻標志碼：B

文章編號：2095-1256(2016)01-0139-03

收稿日期：2015-09-18