核电厂仪控系统防雷接地抗干扰设计

摘 要：随着科技的不断发展，我国核电工业水平也有了全面提升，核电在各个领域发挥引领作用，为经济建设提供优质服务。核电工业是高科技产业，各个环节均需要保持高度的谨慎，才能确保应用安全可靠。文章主要结合具体工程设计实践，全面对核电厂仪控系统防雷接地抗干扰工程设计进行介绍，进一步提出方法与措施，确保设计科学合理，保证核电运行操作安全。

关键词：核电厂；控制系统；防雷；抗干扰；接地；屏蔽

中图分类号：TM623 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）30-0112-02

科技的发展与创新，推动了各行业的进步，机械设备制造技术也有了全面提高，通过与计算机系统的整合，核电设备也完全实现了设备数字化发展，核电厂仪控系统成为行业标配，在全领域数字化的过程中，也面临较多的问题，只有全面保证敏感设备和系统免受外界和内部干扰，才能维持良好的运行，保证正常有序工作，避免出现核安全事故，保证人们生命财产安全。

1 仪控系统抗干扰设计原则及综合措施

1.1 设计原则

核电厂在运行过程中，各类设备很容易受到外界的干扰，特别是精密的仪控系统，很容易受干扰源影响，当外界环境出现变化，就会产生电磁脉冲、空中电磁辐射等，对设备稳定运行形成严重的干扰，同时，也面临来自内部大容量用电设备启停的影响，来自各个方面的不同干扰源，防不胜防，整体看，这些干扰因素是不确定的，有可模拟、可试验、有规律的干扰事件，还会有无规律、小概率的干扰事件，针对不同的干扰特点，我们需要保持核电厂运行稳定与安全，才能确保良好的运行环境，可以通过小环境设计，形成一个应对复杂环境和干扰因素的抗干扰空间，形成细化的方案，以此全面确保核电厂稳定安全运行，使设备发挥功能作用，减少投入提高效益。为了进一步减少投资成本，需要在方案设计时充分考虑到成本一块，全面对设备运行的环境进行分析，明确防护目标特点和基本要求，通过低成本投入，减少设备运行的风险。

1.2 基本措施

要想设计出安全的运行环境，则需要在科学、合理、高效、稳定的基本原则下进行设计，全面设计好核电厂仪控系统抗干扰综合方案，为了保证效果，我们可以实现几个措施：包括共用接地装置、法拉第笼、局部增设防护屏蔽金属网格、等电位连接、接地、屏蔽、合理布线及加装浪涌保护器等方法，全面提高核电厂仪控防雷效果。

2 核电厂仪控系统防雷接地、抗干擾设计

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 等电位连接

核电厂各厂房建筑物内部的不同设备之间在运行的时候，很容易出现电位差，为了保证不受干扰，则需要将内部所有装置外部导电部分和内部系统做好等电位的统一与连接。可以充分利用好各建筑物本体钢筋结构，使各个部位连接成片，形成三维网格状结构，这样就能使内部所有装置的外部导电部分和内部系统形成等电位连接，有效避免出现设备间危险的电位差，使磁场得到有效的衰减，保证各仪器设备安全稳定运行。另外，还要对仪控系统相关电缆屏蔽层、设备金属壳体、金属支吊架、敏感仪表设备、导电金属结构、进出建筑物管路合理连接，用最短路径进行整体性的连接，使各部位形成等电位体。高频设备等电位连接导体横截面尽量为矩形，低频设备等电位导体横截面没有严格的标准要求。

2.5 控制室系统设备防雷接地措施

核电厂主控室是重要的指挥中心，起到对各种信息的汇集作用，可以说，其重要性是毋庸置疑的，DCS控制设备集数据采集、处理、运算于一体，是重要的控制设备之一。为了保证主控室安全，需要对内部电磁干扰进行处理，对大容量设备、高压电器要远离干扰。将主控室和电子设备间设置在远离1层屏蔽网的地方，避免离外墙过近，影响设备安全运行，只有全面保证主控室和DCS机柜间设置在环核岛厂房外，才能确保厂房安全。

操作台和控制盘柜壳体均用钢板材料制作并全封闭，属于带电导体，这种设计主要是确保台、盘、仪表、电子及网络的安全，为了保证安全稳定运行，则需要对机柜各部分做电气连接处理，机柜门、顶、底等活动部件使用截面4mm2的绝缘多股铜芯电线实现电气连接，台、盘、柜内装有与机柜本体相连接保护接地汇流条。适当考虑加装浪涌防护器的方法，对建筑物屋顶、外墙、室外埋地电缆进行入口处置，可以加装浪涌防护器，浪涌防护器汇流条与总接地排连接使用截面积为16mm2的绝缘多股铜芯导线，阻抗不超过0.5Ω。

2.6 电缆布设和屏蔽

大部分仪表接线都是由外进入，穿鋼管进行地下敷设。电缆敷设采用穿管保护和电缆架，能够起到一定的防护作用。要想发挥最大功能，避免出现直击雷的强烈干扰，埋地电缆0.7m上方采用同路径敷设一根铜质裸导线，铜导线与其下平行敷设的埋地电缆排最外侧电缆的夹角不大于90°，超过90°，则加设铜导线。厨房由外进入的敷设电缆，多数是采用屏蔽电缆全程穿钢管或封闭金属电缆槽方式进行设计的，敷设过程也较为周密安全，但是却需要在设计时，做好安全工作，如果是采用金属铠装屏蔽电缆，可不穿钢管或全封闭金属电缆槽，避免了材料的浪费，节省了敷设成本。如果是电缆内、外屏蔽层电气导通，那么则需要对金属电缆槽和金属护管全程进行封闭。进行电缆屏蔽接地设计的时候，为了保证最大安全，则需要在屏蔽电缆外屏蔽层两侧进行有效接地，而内屏蔽层只需要在一端接地即可。我们要全面考虑到信号源的接地位置，主要是在DCS机柜一侧，所以说，信号屏蔽电缆内屏蔽层也需要在DCS机柜端做好全面的接地设置。当信号在传输的时候。一般情况下，电缆内屏蔽层需要设置到接电缆护管和电缆槽、电缆桥架两端，有一些特殊的工程，也可以对金属设备、结构、框架进行电气连接设计，形成整体的统一系统，确保钢管、电缆槽等实现多点接地，保证稳定与安全。

2.7 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，受雷电电磁脉冲的影响较多，能够导致设备浪涌性的干扰现象，为了保证设备运行，则需要通过屏蔽、接地及安装浪涌防护器的方法，实现运行安全。

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。

3 结束语

核电工业越来越发达，其整体控制系统也实现了高度的数字化控制，为了保证运行稳定安全，则需要在仪控系统防雷接地抗干扰方面下大气力，不断研究与创新，不断破解复杂的问题。在整体运行安全的基础上，要全面强化设计能力，引进核电厂设计新理念，提高标准要求，在常规防护措施基础上适当探索更加实用的有效方法，减少雷电危害，防止设备损坏，确保核电厂稳定安全的运行，推动经济与发展。

参考文献：

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