核电仪控机柜的接地方式

徐智勇涂海涛苏俊平

摘要：随着核电站仪控系统数字化应用的推广，仪控和电气用机柜数量在逐步增加，相应要求也越来越严格。

关键词：核电仪控；机柜；接地方式

引言

作为机组系统、设备运行监测和控制的神经中枢，维持、提升仪控设备可靠性是核电厂仪控设备工程师的一项重要、长期工作。除设备本身，测量和控制信号须通过接线传送，接线的正确性、端子/接头的紧固性直接影响仪控信号传送的正确性和稳定性，即设备+接线组成的回路整体应是仪控专业管理对象，这点有别于其它专业。从已获信息看，重设备、轻接线是国内核电厂仪控专业管理的一种典型现状，因接线标识不清导致人员误操作、端子松动导致反应堆瞬态甚至停机停堆等运行事件呈多发趋势，接线已开始逐步被纳入核电厂仪控设备管理范畴。

1机柜基本接地方式

当前从核电行业应用的DCS以及PLC等仪表控制系统看，接地方式主要由单点、多点以及浮地三种方式构成。三种接地方式中单点与多点接地方式主要是针对系统机柜本身连接至接地网所制定的，通过该方式来与独立接地与公用接地两者进行明确的区别。

1.1单点接地方式

核电仪控系统机柜接地方式选择单点接地，需要正常工作频率在30kHz以下，而瞬时工作频率最高在300kHz的仪表控制系统，为了能够加大核电仪表系统工作人员的安全性保障，必须要附加机柜的就地接地。机柜间距的大小也要采用不同的核电仪控系统机柜单点接地方式。核电厂仪控系统盘台、机柜的安全保护区域与工作接地是分别直接接入全场接地网的，在其入地之前并没有将其合二为一。此种方式降低了工作接地来自直流与交流供电系统杂散的基波以及谐波电流的影响，上述电流可能会带来0~5kHz的共模噪声，而且可能会对工作接地的接地基准产生一定的影响；另外其电子线路板的工作接地和电源等设备进行隔离，形成了单独的安全区域，降低了电子线路与电源等设备产生故障时破坏整个系统的风险性；对两个接地基准唯一的接地回路能够顺利接入接地网提供保障，避免了由于对地短路或是由于静电放电等因素在两者之间产生其他噪声。

1.2多点接地连接方式

多点接地连接方式主要是针对核电仪控系统工作频率达到30kHz以上，而瞬时工作频率则是达到300kHz以上的工作条件，通过多点接地连接方式能够将风险降到最低。多点连接方式是将仪控系统机柜内的各种设备的安全保护接地与工作接地汇总统一连接到一个公地，每个机柜则又通过一根单独的多股引出线入地。多点接地连接方式的电缆铺设简单，从最大程度上降低了高频对于接地效果的干扰。弊端是可能会形成多个低频的接地回路，而且由于多个低频接地回路相距不是很远，极有可能产生共模噪声。所以通过对低频工作的仪控系统机柜的接地方式选择应采用单点接地方式，更利于仪控系统电子板卡的稳定性，但对于高频工作的仪控系统机柜推荐选择多点接地方式。

1.3浮地接地方式

浮地接地方式应用在核电站中很少采用。浮地是将仪控系统机柜电路的地与大地无导体进行连接。目的是为了能够将交流电源与直流电源有效分开，通常交流电源的零线是直接接地的，但是因为存在接地电阻以及上流电流，致使零线电位并不是大地的零电位。交流电源的零线上通常会存在许多的干扰，倘若直流与交流电源没有适当的进行分开，就会对直流电源及其后续的直流电路的正常工作产生影响。而浮地技术就能够很好的解决相关问题。其次通过浮地接地方式能够促进放大器的优化，尤其是微小输入信号以及高增益的放大器，当输入端的任何微小的干扰信号都有可能致使工作异常，所以通过放大器的浮地接地技术，不仅能够阻断干扰信号的进入，同时也能够有效提升放大器的电磁兼容能力。但其缺点也是十分明显的，就是该电路容易受到寄生电容的干扰，从而使得电路的点位产生变动等等。

2核电厂仪控系统防雷接地、抗干扰设计

仪控系统机柜的防雷接地主要是考虑外部防雷以及内部防雷。外部防雷是对直击雷进行防范，其最常用的方式就是构筑法拉第笼，。机柜通过构筑法拉第笼能够阻断外部直击雷的电磁场传播，对整个内部仪控系统以及设备起到保护作用，而且整个法拉第笼通过接地装置与大地进行相连，对直击雷时的强大电流能够起到分流的作用。而内部防雷主要就是针对防雷电波侵入和防生命危险，通过等电位连接实现。

2.1设计的标准和依据

核电厂防雷接地、抗干扰工程设计有着严格的要求和标准，进行设计时，要严格执行国际标准和国家标准两个依据。全面综合的考虑到防雷接地范围，使外部防雷和内部防雷相互作用，协调统一。外部防雷主要是避免出现雷电的直击，一般多是使用法拉第笼的方式；内部防雷主要是应对雷电感应，避免出现雷电波侵入的风险，在设计的时候，主要是用等电位连接的方式充分做好防雷准备。针对电磁兼容标准，消除和抑制干扰主要进行接地、屏蔽干扰源及受扰敏感设备的方式。核电厂防雷系统设计要充分满足安全需要，确保核岛、常规岛及BOP防雷保护高标准，通常按Ⅰ级进行安全设防，电气、电子设备、建构筑物则按Ⅱ级安全标准进行设防。

2.2防直击雷的法拉第笼

建筑物在自然条件下，很容易出现遭受外部雷电直击的可能，导致建筑物出现局部损害，为了有效避免出现损坏，则需要在建筑物周边进行屏蔽处理，避免出现强电磁场，可以沿核电厂周围的厂房进行设计，使外周建筑物、外墙、屋顶及地下各个基础建筑，形成有效的屏蔽。用热镀锌10圆钢在建构筑物周围不同部位以5m×5m间距结成互联互通的网状格栅，使所有的建筑得到充分保护，这种方法就是法拉第笼，通过有效果的措施全面对建筑物及内部物实施有效的保护。笼区内部电位是零，而笼体内则不存在干扰性的电场，使电磁场得不到传播，实现阻断的作用，全面保护仪控系统和设备，笼体接地装置又能起到分流、泄流的作用，使雷电不能直接作用到设备仪器上。

2.3共用接地装置

为了保证厂房安全，需要从全方位进行防雷接地设计，因为不同的厂房地下均设置有接地装置，这些单独接地装置只能对各自厨房起到防护作用，但是在强雷电的情况下，却很容易出现问题，为了保证发挥设置的综合作用，则需要通过对地下所有的设置进行互联统一，使核电厂整个厂区地下形成公共接地网，设计时，需要保证共用接地网接地电阻满足DCS系统接地需要，严格等级与标准设计。

2.4仪表设备防雷接地

核电厂房现场会有许多的仪表设备，这些仪表设备很容易出现干扰，特别是在雷电天气。现场仪表多是有着厚重的金属外壳或者是金属保护箱，这种设计是全封闭式的，主要是保护现场设备仪表不受损坏，尽量使箱体就近接地。接地不需要特殊处理，多是通过金属安装支架或金属设备形成自然接地状态，使金属设备、容器和操作平台现场仪表与设备和操作台等电位连接。建筑物外传感器使用装配式浪涌防护器，安装在同一个金属箱内，确保金属防护箱外壳与外部接地系统终端得到有效连接，避免出现安全生产事故，保证设备的安全运行。在实际生产过程中，一些仪表露在室外，可以尝试设置室外独立接闪器，形成有效的联合防护。

结语

常见的核电仪控系统机柜单点、多点以及浮地接地方式都有其自身特点和要求，所以在应用时必须要对其接地方式进行充分的了解。另外也可根据实际情况混合使用上述三种接地方式。但不管选择何种接地方式都必须要进行防雷接地设计。必须要加强对核电仪控系统机柜接地方式的研究，降低核电仪控系统的风险，保证核电的安全。

参考文献：

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