一種解決微弱信號在傳輸過程中受到電磁干擾的方法

胡純

（大亞灣核電運營管理有限責任公司，廣東 深圳 518124）

1 故障現象簡述

圖1 電纜布置示意圖

大亞灣核電廠堆外中子測量系統（簡稱RPN），測量的是反應堆堆外中子通量。該系統信號傳輸回路包括從現場探頭出來六路用于傳輸探頭信號的信號電纜；一路用于給探頭提供電源的高壓電纜；一路備用信號電纜，如圖1所示。其中從探頭送出六段信號電纜傳輸的信號大約1mA，經傳輸后到控制（模擬設備）機柜；高壓電纜為傳感器提供工作電壓，其電壓由機柜的電源模塊將220V交流電壓變換成600V直流電壓后經電纜給探頭提供直流電壓。8根同軸電纜均為三層屏蔽電纜，三層屏蔽層均連接在一起，8根電纜的屏蔽層在探頭側均連接在一起，六路信號電纜和一路備用電纜在機柜側通過濾波電容接地，另一路給探頭供電的電源電纜在機柜側直接接地。

在正常使用時，發現第1根電纜芯—屏信號出現隨機異常毛刺后，通過接入高精度記錄儀發現第1根電纜的芯—屏信號存在無規律的脈沖毛刺，毛刺幅值約50mV，脈寬約2ms。如圖2所示：

圖2 第1根電纜上出現的毛刺

2 故障原因分析

第1根電纜有三層屏蔽層，屏蔽層均連接在一起，通過終端機柜的濾波電容接地。正常情況下，屏蔽層對地電壓約40mV，當脈沖毛刺出現時，屏蔽層對地電壓變為70mV。脈沖毛刺消失后，屏蔽層對地電壓也隨之恢復正常。

將隨著第1根電纜一起布置的備用電纜（終端機柜未連接任何設備）接入記錄儀，也能發現有同樣的毛刺出現。在機柜內將備用電纜的屏蔽層接地后，備用電纜上的隨機毛刺未再出現。將第1根電纜的屏蔽層接地后，毛刺也未再出現。

基于此，我們分析認為第1根電纜上的脈沖毛刺是一種電磁干擾。

結合RPN系統的信號電纜傳輸路徑和終端機柜的周邊環境分析，產生電磁干擾的可能原因有以下幾方面：

第一，地電位干擾造成其傳輸回路受到干擾。

RPN系統電纜路徑中存在高壓一次設備、低壓二次設備，電壓等級從幾十千歐到幾毫歐，因此導致低壓類儀控設備容易受到干擾。

地電位干擾產生的原因主要表現在：①雷擊時產生的雷電電流流入接地網引起接地網局部地電位升高而產生干擾；②系統接地短路時產生的大電流經接地裝置時引起接地點和鄰近點地電位升高而產生干擾；③高壓電路中絕緣擊穿和火花間隙放電引起的地電位干擾。

第二，接地不良導致其傳輸回路受到干擾。

屏蔽層接地不良會導致屏蔽層接地電阻增大，使得電磁干擾泄放到接地網的能力降低，因此使干擾信號直接耦合到信號回路，導致信號傳輸過程受到脈沖干擾。

為了驗證這種分析，我們選取受到干擾的第1根電纜和未受干擾的第2根電纜，同時斷開它們的上游信號，在斷開處的屏蔽層注入1000V脈沖信號，在機柜內分別測量第1根和第2根電纜的芯—屏、屏—地、芯—地電壓，得到如下數據：

表1

其等效電路如下圖3：

圖3

通過電路分析，流過屏蔽層的電流與電纜屏蔽層對地的阻抗有關，而第1根電纜芯-屏之間的感應電壓直接由流過電纜屏蔽層的電流決定。由于外界施加的脈沖一樣，在正常情況下第1根和第2根電纜在機柜內測到的屏—地、芯—地、芯—屏電壓應該是一致的，實際上測量得到第1根和第2根電纜的芯-屏之間的差別比較大，說明在現場實驗過程中第1根電纜的屏蔽層中流過的電流比第2根電纜屏蔽層中流過的電流小，最主要的原因是第1根電纜的屏蔽層對地的阻抗比較大，導致這種情況的原因可能是第1根電纜的屏蔽層的接地不良導致其接地阻抗增加。

根據以上分析，基本可以斷定第1根存在電纜屏蔽層接地不良的情況。產生接地不良的原因有：屏蔽層在機柜內部接地處接頭松動或腐蝕導致屏蔽層與大地接觸不良。

3 電磁干擾的解決方法

判斷RPN系統第1根電纜存在接地問題后，我們做了如下兩個工作：

①將原來在機柜內部屏蔽層的接地銅線替換成接地銅排；

②在上游注入信號的屏蔽層位置增加了濾波電容接地（容量與機柜內接地濾波電容的容量一致）。

之后重新對第1根電纜的芯—屏信號進行監測，發現脈沖毛刺未再出現。

4 結語

通過本次電磁干擾的故障處理可以看出，增加信號電纜屏蔽層接地、采用兩端接地能夠減少外界電磁干擾對信號傳輸的影響。這也符合工程上屏蔽電纜的接地原則。