核電廠儀控系統防雷接地抗干擾設計

鐘舒

摘 要：隨著科技的不斷發展，我國核電工業水平也有了全面提升，核電在各個領域發揮引領作用，為經濟建設提供優質服務。核電工業是高科技產業，各個環節均需要保持高度的謹慎，才能確保應用安全可靠。文章主要結合具體工程設計實踐，全面對核電廠儀控系統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；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

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

1 儀控系統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，很容易受干擾源影響，當外界環境出現變化，就會產生電磁脈沖、空中電磁輻射等，對設備穩定運行形成嚴重的干擾，同時，也面臨來自內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、有規律的干擾事件，還會有無規律、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定與安全，才能確保良好的運行環境，可以通過小環境設計，形成一個應對復雜環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定安全運行，使設備發揮功能作用，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境，則需要在科學、合理、高效、穩定的基本原則下進行設計，全面設計好核電廠儀控系統抗干擾綜合方案，為了保證效果，我們可以實現幾個措施：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 核電廠儀控系統防雷接地、抗干擾設計

2.1 設計的標準和依據

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，要嚴格執行國際標準和國家標準兩個依據。全面綜合的考慮到防雷接地范圍，使外部防雷和內部防雷相互作用，協調統一。外部防雷主要是避免出現雷電的直擊，一般多是使用法拉第籠的方式；內部防雷主要是應對雷電感應，避免出現雷電波侵入的風險，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。核電廠防雷系統設計要充分滿足安全需要，確保核島、常規島及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，很容易出現遭受外部雷電直擊的可能，導致建筑物出現局部損害，為了有效避免出現損壞，則需要在建筑物周邊進行屏蔽處理，避免出現強電磁場，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圓鋼在建構筑物周圍不同部位以5m×5m間距結成互聯互通的網狀格柵，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部物實施有效的保護。籠區內部電位是零，而籠體內則不存在干擾性的電場，使電磁場得不到傳播，實現阻斷的作用，全面保護儀控系統和設備，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，卻很容易出現問題，為了保證發揮設置的綜合作用，則需要通過對地下所有的設置進行互聯統一，使核電廠整個廠區地下形成公共接地網，設計時，需要保證共用接地網接地電阻滿足DCS系統接地需要，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部的不同設備之間在運行的時候，很容易出現電位差，為了保證不受干擾，則需要將內部所有裝置外部導電部分和內部系統做好等電位的統一與連接。可以充分利用好各建筑物本體鋼筋結構，使各個部位連接成片，形成三維網格狀結構，這樣就能使內部所有裝置的外部導電部分和內部系統形成等電位連接，有效避免出現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定運行。另外，還要對儀控系統相關電纜屏蔽層、設備金屬殼體、金屬支吊架、敏感儀表設備、導電金屬結構、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控制設備集數據采集、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、電子及網絡的安全，為了保證安全穩定運行，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電氣連接，臺、盤、柜內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。要想發揮最大功能，避免出現直擊雷的強烈干擾，埋地電纜0.7m上方采用同路徑敷設一根銅質裸導線，銅導線與其下平行敷設的埋地電纜排最外側電纜的夾角不大于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，節省了敷設成本。如果是電纜內、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進行有效接地，而內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，所以說，信號屏蔽電纜內屏蔽層也需要在DCS機柜端做好全面的接地設置。當信號在傳輸的時候。一般情況下，電纜內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、結構、框架進行電氣連接設計，形成整體的統一系統，確保鋼管、電纜槽等實現多點接地，保證穩定與安全。

2.7 儀表設備防雷接地

核電廠房現場會有許多的儀表設備，這些儀表設備很容易出現干擾，特別是在雷電天氣，受雷電電磁脈沖的影響較多，能夠導致設備浪涌性的干擾現象，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，實現運行安全。

現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，使金屬設備、容器和操作平臺現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，確保金屬防護箱外殼與外部接地系統終端得到有效連接，避免出現安全生產事故，保證設備的安全運行。在實際生產過程中，一些儀表露在室外，可以嘗試設置室外獨立接閃器，形成有效的聯合防護。

3 結束語

核電工業越來越發達，其整體控制系統也實現了高度的數字化控制，為了保證運行穩定安全，則需要在儀控系統防雷接地抗干擾方面下大氣力，不斷研究與創新，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，確保核電廠穩定安全的運行，推動經濟與發展。

參考文獻：

[1]王遠隆.核電廠數字化儀控系統結構比較分析[J].中國核電，2011，04（3）：212-219.

[2]朱雯，王強.CPR1000核電站全廠數字化儀控系統不同DCS平臺的比較分析[J].電子測試，2013（8）：68-70.

[3]孫偉，張龍強，江輝，等.數字化儀控系統EUR-URD需求分析對比探討[J].自動化儀表，2015，36（11）：11-14.endprint