基于IEEE導則下核電廠I&C電纜屏蔽接地探討

王愛斌　馮君慧

摘要：文章基于《電站儀控設備接地導則》（IEEE Std 1050-1996），對AP1000核電站I&C電纜屏蔽接地進行討論，主要對包括I&C電纜接地原理、國內外接地處理的方案對照以及基于導則對新電站接地施工方案的探討，有利于保證機組安全穩定的運行，達到核電廠的預期目標。

關鍵詞：IEEE導則；核電廠；電纜屏蔽接地；電磁干擾；無線射頻干擾 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM862 文章編號：1009-2374（2015）28-0149-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.28.074

電磁干擾和無線射頻干擾（EMI/RFI）在核電廠是一個關注的重點，因為在核電廠的儀控信號電纜感應到相應電流時有可能會影響設備的安全運行。如何有效抑制這些干擾，屏蔽電纜是一個有效的途徑。采用屏蔽電纜一方面減少屏蔽外空間電磁場對電纜傳輸信號的影響；另一方面降低電纜內信號對外部空間的電磁輻射。目前核電廠的儀控電纜均采用屏蔽電纜，但屏蔽電纜抗干擾的能力除了屏蔽層本身的質量有關外，還與屏蔽層接地方式有關，這就引發西屋公司對常規系統接入PLS相關的電纜屏蔽接地的關注。

1 I&C電纜接地方式

1.1 常規I&C電纜單端屏蔽接地

CI設計院的設計理念均為電纜單端屏蔽接地。根據華東院的解釋和查閱相關論文，I&C電纜屏蔽接地主要是為了滿足系統抗干擾的要求來實施的，原則均由相應的DCS/控制系統廠家提出。國內工程設計均按DCS廠家要求采用單端接地，單端接地最主要的目的是避免雙端接地時可能由于電位差導致的干擾電流。隨著DCS的普及，國內涉及到屏蔽接地的相關標準規范也均要求單端接地，主要如下：

1.1.1 自動化儀表工程施工及質量驗收規范（GB 50093-2013）第10.2.10條：儀表電纜電線的屏蔽層應在控制室儀表盤側接地，同一回路的屏蔽層應有可靠的電氣連續性，不應浮空或重復接地。

1.1.2 火力發電廠熱工自動化就地設備安裝、管路及電纜設計技術規定（DL/T 5182-2004）第8.0.

9條：屏蔽電纜的屏蔽層不得浮空，必須接地，其接地方式一般應符合下列規定：（1）當信號源浮空時，屏蔽層應在計算機側接地；（2）當信號源接地時，屏蔽層應在信號源側接地。

1.1.3 電力建設施工技術規范（DL 5190.4-2012）第4部分：熱工儀表及控制裝置第8.4.12條。

1.2 西屋提出的I&C電纜雙端屏蔽接地

根據西屋DCP-1950的描述，DCP的目的是確定AP1000的I&C電纜的接地設計原則保證電磁兼容性（EMC）。西屋發起此DCP的初衷是為了改進EMI/RFI對核電站設備運行的負面影響。EMI/RFI干擾可能表現為控制系統模擬量回路的噪音或數字量回路的狀態完全翻轉，電纜屏蔽是消除信號線干擾長期沿用的一個手段。同時，屏蔽線正確的連接至接地結構是消除屏蔽線上電流的關鍵。幾十年來，控制系統柜側單端屏蔽接地方式只證明了低頻干擾下的可靠性。

數字技術的發展已在核電站儀表和控制運用中引入了高時鐘頻率/低邏輯電平電路。這些進步以及電站通訊（比如無線通訊、網絡）高頻（或高過10GHz）的整體使用使得有必要重新審查核電站的EMC保護方式。隨著數字技術的發展，對EMI/RFI的理解以及如何解決已經落后了。考慮到對單端接地的熟知，電纜屏蔽層雙端接地通常被誤解。盡管如此，最新的研究和數字化I&C的升級如西屋在瑞典的哈爾斯核電站TWICE項目已經增進了對于EMC質疑的理解。

基于以上考慮，西屋決定在AP1000電站中運用最新的技術確保EMC。根據IEEE 1050-1996第6.1節的規定，當電纜長度與信號波長的比值大于0.15的條件下，電纜應該采用雙端接地。因為當電纜長度在信號波長四分之一以上時，如采用一點接地，則電纜屏蔽層會產生天線效應，容易產生干擾；單端接地主要在低頻信號且電纜長度較短時有效。

2 雙端屏蔽接地的接地回路效應

當導體有兩點接地時，就構成所謂的“接地回路”。當兩點處于不同電勢時，回路中將產生不期望的電流。AP1000的設備接地系統為全廠范圍內的設備外殼和金屬結構提供了與電站接地網的連接。AP1000設計有自己的儀表和計算機接地系統，并非用于基于供貨商規范書的I&C機柜接地。由于全廠接地網設計為等電位，所有的儀表和柜體均連接到共同的接地盤。因此潛在的電勢差被減少到了最低程度，無需考慮接地回路的問題。此外，電纜屏蔽是只用于EMC目的，電纜屏蔽層僅作為密閉間隔的延伸，而不是電路路徑的一部分。

國內常規火電廣泛采用的OVATION平臺確實和AP1000非安全級DCS平臺OVATION相同，均為艾默生提供。但國內火電項目中，設計院的工程設計方案是根據OVATION廠家艾默生的要求，在OVATION平臺的接地設計上就與AP1000的接地設計存在差異。常規電站項目里，OVATION機柜安裝時機柜本體通常對地絕緣，即機柜螺接，并且使用螺栓絕緣套和絕緣墊片等對機柜與地進行完全絕緣，在安裝后要求進行機柜絕緣測試。而AP1000項目里，西屋的OVATION機柜要求直接焊接在槽鋼上，槽鋼又與廠房內的鋼預埋件焊接，而預埋件與廠房鋼結構有機械連接，最終連接全廠接地網（即槽鋼-預埋件-鋼結構-全廠接地網）。

西屋在DCP中對接地回路進行澄清時，也強調了其AP1000的接地設計和I&C機柜供貨商的規范不同。由此可見，不可簡單地因為常規火電采用的OVATION平臺并且電纜接地采用單端接地（也有少量卡件，如轉速卡、通訊卡的信號電纜屏蔽會采用兩端接地）就否定AP1000西屋的雙端接地設計不可靠。西屋的雙端接地設計是經過EMC方面的權威專家的理論分析以及西屋承建的瑞典TWICE改造項目工程實踐驗證。

3 屏蔽接地施工方式

目前常用的I&C電纜屏蔽接地施工方案主要有以下三種：（1）常規屏蔽接地方式1：單端接地常見施工方式，在盤柜側電纜屏蔽層利用黃綠線連接到盤柜內的接地端子）；（2）銅箔帶屏蔽接地方式2：雙端屏蔽接地施工方式，先將3M銅箔帶繞在電纜屏蔽層，再將接地引線壓纏2～3道，將接地引線包扎后引接到兩側的接地端子或接地點；（3）EMC格蘭屏蔽接地方式3：雙端屏蔽接地施工方式，在電纜兩側利用EMC格蘭，將電纜屏蔽層解散后全周壓接在EMC格蘭內的銅環，并由接電線引接到接地端子或接地點。

西屋提供的雙端屏蔽接地方式主要是上述的接地方式2和3，電站對上述兩種接地方式進行現場施工試驗。根據施工工序的難易程度，目前電站采用了接地方式3的EMC格蘭屏蔽接地的施工方式，該施工方式操作簡單、全周屏蔽效果好，滿足IEEE導則下西屋的規范

要求。

4 結語

基于IEEE準則下西屋的設計規范要求，I&C電纜采用合理的雙端屏蔽接地措施，電站已經完成所有電纜的屏蔽接地施工。在后續的調試過程中反饋該屏蔽方式下整個系統良好地抑制了干擾，從而能夠保證機組安全穩定地運行，達到預期目標。

參考文獻

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[5] 張斌，秦會斌.屏蔽電纜的接地問題[J].科技資訊，2006，（7）.

（責任編輯：蔣建華）endprint