（1，2，3.国核工程有限公司 SPMO 山东海阳 265116）
摘要：DCIS系统，即为Distribution Control& Information System 离散控制系统。DCIS系统设备主要由在线仪表，通讯和控制盘柜组成。DCIS接地分为盘柜设备保护接地和信号电缆屏蔽接地.接地主要是用于人身安全保护和减少信号电缆EMC磁化率.AP1000项目设计针对信号电缆屏蔽接地方式，与传统接地方式存在差异，当信号电缆为高频率信号，将要求屏蔽接地在仪表侧和控制机柜侧双端接地，以避免单端接地产生更大的信号干扰.本文将介绍AP1000机柜接地方式以及信号电缆与传统接地方式的不同点，并进行详细的分析。
关键词：高频信号，接地，集散控制信息系统，信号干扰
1.引言
DCIS集监控，控制，保护等功能于一身，是核电站正常运行的重要保障。而现场仪表采集到的参数，通过通讯电缆传输到控制模块，信号处理之后再传输到主控制室，以便远程操作。在此过程中，信号传输过程如何尽量降低电磁干扰，以及设备本体如何避免发生短路，导致人体触电风险，是电站在建造阶段需要重点设计和考虑的地方。本文将介绍AP1000核电项目对于设备保护接地和信号屏蔽接地的设计和施工要求，以及与传统电站的设计与施工的不同之处。
2.DCIS 系统和接地
AP1000 DCIS系统由 Ovation 和 Common Q两个平台组成。相对应的系统分别为电厂控制系统（Plant Control System，PLS）和保护和安全监测系统（Protection and Safety Monitoring System，PMS）。PLS系统是基于Ovation 平台的非安全级系统，用于AP1000核电厂非安全系统的操作、数据监测显示、控制和联锁保护。PMS系统是基于 Common Q 平台的安全级系统，用于实现安全系统的操作、数据监测显示、控制和联锁保护，电厂处于非正常状态时提供监视，在必要时自动触发合适的安全相关功能使电厂达到并维持在安全停堆状态[1]。
DCIS系统接地与核电厂接地网相连，用于人身安全保护和减少EMC电磁干扰，可分为电源保护接地和信号屏蔽接地。电源保护接地为设备电源电缆提供接地，以避免发生触电事故。EMC信号屏蔽接地，通过EMC格兰头，把电缆屏蔽层与电厂接地系统相接，限制电磁干扰和射频干扰在允许范围内，确保控制柜或者柜内设备不受EMI（电磁干扰）或FRI（射频干扰）影响。EMC接地同样可以在接地故障状态下避免人身触电。
3.机柜接地
每个DCIS机柜有两个接地点需要与其它系统接地，机柜供电电缆接地接在电源分配模块的接地端子上，通过机柜外壳与接地网相接。为了防止设备部分被无意的给予电压，所有的非电流承载金属部件都必须连接到一个受到保护的地。控制信号电缆敷设进机柜时，电缆屏蔽层使用EMC格兰，达到EMC屏蔽作用。而机柜内部的信号接地排与电厂接地系统相连。
4.AP1000仪表接地
仪表接地同样存在设备保护接地和信号屏蔽接地，而不同的仪表类型，其供电方式也不同。部分仪表采用220V交流供电，部分仪表是由控制机柜提供24V电源。采用220V交流电，是现场供电，电源电缆与信号电缆为不同的电缆。电源电缆通过接地端子与设备外壳接地。信号电缆通过EMC金属软管和EMC格兰与屏蔽层接地。信号电缆基本上选用的都是双绞线电缆，对于多芯电缆，仅仅整个电缆最外层屏蔽层需要接地，其他内部每根芯的屏蔽层需要剥开，使用胶带或者热缩管包裹起来。
4.1传统仪表的接地方式
传统电厂的接地网设计，通常是有两个接地网，一个是设备保护接地网，另一个是仪控系统接地网。仪控设备包括机柜和仪表等设备的信号电缆的接地网是一个独立的接地网。仪表的信号电缆的屏蔽层只在电容最大的一端进行接地，为了避免形成接地环流，通常电容量大的一端为信号源一端。非接地端屏蔽层对地之间有感应电压存在，感应电压与电缆长度成正比，但屏蔽层无电势环流通过。单端接地就是利用抑制电势电位差达到消除电磁干扰的目的这种降低低频率信号电磁干扰，已经被证明很有效。但这种接地方式适合电缆长度较短的线路【2】。
4.2AP1000仪表接地方式
根据传统的设计，电缆屏蔽层在所连接的设备两端接地会形成环流，无法把电磁干扰导入大地。这是因为电缆屏蔽层两端电位不同，存在高低电位才会形成环流。而AP1000对于仪表和计算机的接地系统设计是不同于传统的设计，所有的仪表和附件的接地与电厂是同一个接地网，同处于一个接地平台。并且，屏蔽层仅仅为了抑制电磁干扰的目的，没有电流存在。所以机柜和仪表两端的接地是相等电位，不会形成环流[4]。
AP1000采用了一种高频时钟信号应用到核电仪控系统中。在该仪控系统中采用超过10G赫兹的高频信号源发射系统，为全厂控制系统信号传输。而随着电子技术的发展，对于EMI/RFI的理解却没有与时俱进。在高频信号电缆的情况下，仍然认为必须使用传统的单端接地方式，号的λ/4为界，当电缆长度小于λ/4时，一般单点接地。当电缆的长度大于λ/4时，需要把电来解决EMI/RFI的问题。
以传输信缆屏蔽层两端接地。由于信号频率很高，当电缆长度大于等于1/4波长，电缆屏蔽层单端接地时，屏蔽层就相当于一个高效的无线天线，形成较强的辐射场[3]。
通过下面公式计算：
λ=c/f
其中 λ= 波长
c= 光速（299792458 m/s）
f=频率
西屋试验所选取的信号频率为1GHz，利用公式λ=c/f，可知
λ=299792458/ 1x109 =0.29979
L（电缆长度）=λ/4=0.07495m
即当信号频率为 1GHz，电缆长度要小于0.07495m，屏蔽层单端接地才可以避免天线的干扰状况。而在核电站中，电缆的使用长度不可能这么短，所以信号频率为高频信号时，电缆屏蔽层需要在电缆两端接地。
4.3双端接地的方法
为了有效的降低电磁干扰，在信号电缆的两端，控制机柜和就地仪表两端，以及电缆中
间所用的EJ箱，电缆与箱体需要使用专用的EMC连接附件进行连接。一般情况下，电缆进入控制机柜侧使用EMC格兰，使屏蔽层直接与机柜外壳相接，机柜外壳与接地网相接。电缆与EJ和就地仪表，一般使用EMC格兰和EMC金属软管与金属硬保护管或者EJ箱体相接，使屏蔽层EJ箱体或者RGS硬保护管相连，EJ箱体和保护管均有接地线与接地网相接。
而在AP1000项目中，主要存在以下两种仪表接地情况，针对每种情况，可以参照典型图进行接地。
（1）220V以下供电仪表
而在AP1000依托项目中，电缆接地使用的耗材，EMC格兰和EMC金属软管，均为承包商采购。而承包商依据过往的项目经验，信号电缆一般只需在PLS机柜侧接地即可，不需要在仪表侧接地。所以，承包商采购非EMC格兰和非EMC金属软管用于就地仪表侧电缆连接和保护。显然，非EMC格兰和非EMC金属软管无法使电缆屏蔽层在仪表侧接地，不符合AP1000设计要求。
由于项目工期紧，重新采购周期长，决定不更换非EMC格兰和金属软管，在格兰和金属硬管之间，连接一根跨接接地线，使电缆屏蔽层通过跨接线与金属硬管相连，保护管或桥架与接地网相接。
如下图所示：
5.结束语
核电厂的DCS 系统的接地要求，对于控制机柜等设备的接地，供应商的设计要求符合AP1000的设计要求，而信号的屏蔽接地，供应商采用传统的要求，与AP1000的设计不符。随着电子技术的飞速发展，如何在电子信号传输过程中有效降低电磁干扰，也在不断地更新设计和施工要求。在信号频率为高频信号时，AP1000在最新的理论和试验基础上，要求信号电缆屏蔽层双端接地，达到更好的抗电磁干扰的作用。
参考文献：
[1]张淑慧等. AP1000核电厂仪控系统介绍[J].自动化仪表，2010.
[2]李宏德等. 仪控系统中EMI控制与消除[J]. 数字技术与应用 2010，2.
[3]IEEE 1050-1996. Guide for Instrument and Control Equipment Grounding for Generation Station[S]. 1996.
[4]ANSI/IEEE 665-1996. IEEE Guide for Generating Station Grounding[S]. 1996.
作者简介：
朱建坡，男，1983.6，汉族，河南商丘人，工程师，学士。现从事电气仪表现场设计管理工作。
论文作者:朱建坡
论文发表刊物:《河南电力》2018年3期
论文发表时间:2018/6/28
标签：电缆论文; 信号论文; 屏蔽论文; 机柜论文; 仪表论文; 系统论文; 设备论文; 《河南电力》2018年3期论文;