核電廠儀控設(shè)備電磁兼容性鑒定要求

吳炯洋

(上海核工程研究設(shè)計(jì)院，上海 200233)

核電廠儀控設(shè)備電磁兼容性鑒定要求

吳炯洋

(上海核工程研究設(shè)計(jì)院，上海 200233)

核電廠儀控設(shè)備對(duì)電磁干擾的兼容性變?nèi)酰虼藢?duì)電磁兼容提出了更高的要求。為此，依據(jù)核電廠電磁兼容性適用的標(biāo)準(zhǔn)和文件，詳細(xì)全面地闡述了儀控設(shè)備電磁兼容性型式試驗(yàn)要求、性能判據(jù)，以及設(shè)備鑒定文檔的要求。

儀控設(shè)備 核電廠 電磁兼容性 設(shè)備鑒定

目前，核電廠所采用的儀控設(shè)備不斷向著數(shù)字化、集成化方向發(fā)展。現(xiàn)有核電廠內(nèi)的儀控設(shè)備正被基于計(jì)算機(jī)的數(shù)字儀控系統(tǒng)或者高級(jí)模擬系統(tǒng)代替。高度集成的數(shù)字電路為迎合市場(chǎng)需求，也在逐步向高頻、低壓方向發(fā)展，使得核電廠儀控設(shè)備對(duì)電磁兼容提出了更高的要求。因此，研究核電廠儀控設(shè)備的電磁兼容性問題，并提出電磁兼容性的鑒定要求就顯得尤為重要。

1 電磁兼容概述①

核電廠的電磁干擾主要有以下4種形式：

a. 通過儀控設(shè)備連接電纜的電容性或電感性耦合從外界進(jìn)入儀控設(shè)備，這些干擾產(chǎn)生于兩個(gè)儀控設(shè)備上不同參考地間的電位差或者遠(yuǎn)距離設(shè)備連接電纜上的電位差；

b. 人員接觸控制盤、機(jī)殼或機(jī)柜時(shí)會(huì)產(chǎn)生靜電放電干擾；

c. 對(duì)講機(jī)、手機(jī)、廣播臺(tái)、電視臺(tái)和雷達(dá)站會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)輻射干擾；

d. 交流供電容易受到雷電和各種開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的浪涌干擾。

美國(guó)核管會(huì)(NRC)發(fā)布了Regulatory Guide1.180[1](以下簡(jiǎn)稱RG1.180)，RG1.180同時(shí)提供了MIL-STD-461E軍用標(biāo)準(zhǔn)[2]和IEC61000系列商用標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)軍事和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定電磁干擾/射頻干擾型式試驗(yàn)的方法，提供了電磁兼容性鑒定的指導(dǎo)。核電廠設(shè)備電磁兼容性鑒定型式試驗(yàn)應(yīng)遵循RG1.180。

電磁兼容性鑒定型式試驗(yàn)分為發(fā)射試驗(yàn)和抗擾度試驗(yàn)。

根據(jù)RG1.180提供的電磁兼容性鑒定的指導(dǎo)，安全有關(guān)設(shè)備的EMC鑒定應(yīng)滿足發(fā)射和抗擾度試驗(yàn)要求；非安全有關(guān)設(shè)備也應(yīng)滿足發(fā)射試驗(yàn)要求，除非供貨方能證明它不影響附近的安全有關(guān)設(shè)備執(zhí)行安全功能；非安全有關(guān)設(shè)備根據(jù)設(shè)備的功能確定是否需要滿足抗擾度試驗(yàn)的要求。

電磁兼容性鑒定型式試驗(yàn)推薦按照下面的步驟順序執(zhí)行：

a. 發(fā)射試驗(yàn)；

b. 破壞性小的抗擾度試驗(yàn)；

c. 破壞性大的抗擾度試驗(yàn)。

2 EMI/RFI發(fā)射試驗(yàn)

發(fā)射試驗(yàn)包括傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射。發(fā)射試驗(yàn)要求同時(shí)適用于安全有關(guān)設(shè)備和非安全有關(guān)設(shè)備。MIL-STD-461E，“Requirements for the Control of Electromagnetic Interference Characteristics of Subsystems and Equipment”包含適用于描述EMI/RFI發(fā)射的試驗(yàn)行為。IEC61000-6，“Electromagnetic Compatibility(EMC)-Part 6:Generic Standards”也說明了適用于描述工業(yè)環(huán)境EMI/RFI發(fā)射的試驗(yàn)方法。關(guān)于核電廠中安全有關(guān)儀控系統(tǒng)的發(fā)射試驗(yàn)的試驗(yàn)方法見表1，其中C表示傳導(dǎo)，R代表輻射，E代表發(fā)射。這些試驗(yàn)方法包含了在試驗(yàn)中從設(shè)備發(fā)出的傳導(dǎo)(沿著電源線)和輻射干擾。

表1 MIL-STD-461E EMI/RFI發(fā)射試驗(yàn)方法

CE101、CE102、RE101和RE102試驗(yàn)描述了基礎(chǔ)發(fā)射試驗(yàn)方法。如果采用了電能質(zhì)量控制，則CE101可以豁免，還可以豁免頻率范圍在10～450kHz的CE102試驗(yàn)；如果在設(shè)備的安裝區(qū)域沒有對(duì)磁場(chǎng)敏感的其他設(shè)備，則RE101可以豁免。

基于IEC61000-6-4的發(fā)射試驗(yàn)(采用的是CISPR II標(biāo)準(zhǔn)的方法：低頻傳導(dǎo)發(fā)射30Hz～10kHz、高頻傳導(dǎo)發(fā)射150kHz～30MHz、磁場(chǎng)輻射發(fā)射30Hz～100kHz、電場(chǎng)輻射發(fā)射30MHz～10GHz[3])或者滿足美國(guó)通信委員會(huì)(FCC)15部分A類要求的發(fā)射試驗(yàn)，在滿足以上提到的豁免條件下是可以接受的。圖1表示了所有可接受的試驗(yàn)方法，需要注意的是，這些可選擇的方法只有在豁免條件滿足時(shí)才是可接受的，因此，當(dāng)豁免的指定條件滿足時(shí)，3種可選擇的發(fā)射試驗(yàn)方法可以任選其一。然而，無論選擇了哪個(gè)發(fā)射試驗(yàn)方法，發(fā)射試驗(yàn)宜整體選擇一種，不宜抽選某些試驗(yàn)項(xiàng)目，即不能將3套試驗(yàn)方法混合使用。

圖1 發(fā)射試驗(yàn)的選擇

所有發(fā)射試驗(yàn)的驗(yàn)收準(zhǔn)則為：試驗(yàn)發(fā)射值低于發(fā)射限值則試驗(yàn)通過。

3 EMI/RFI抗擾度試驗(yàn)

抗擾度試驗(yàn)包括傳導(dǎo)和輻射抗擾度試驗(yàn)。安全有關(guān)設(shè)備應(yīng)滿足本抗擾度試驗(yàn)要求，非安全有關(guān)設(shè)備根據(jù)設(shè)備的功能確定是否需滿足本抗擾度試驗(yàn)的要求。MIL-STD-461E包含了可用于處理所選環(huán)境的EMI/RFI抗擾度試驗(yàn)方法。IEC61000-4，“Electromagnetic Compatibility(EMC)-Part 4:Testing and Measurement Techniques”也說明了可用于設(shè)備對(duì)于傳導(dǎo)和輻射EMI/RFI抗擾度的試驗(yàn)方法。這些特別的試驗(yàn)方法用于核電廠內(nèi)儀控設(shè)備的抗擾度試驗(yàn)。表2列出了MIL-STD-461E中EMI/RFI試驗(yàn)方法(S表示抗擾度)。表3列出了IEC61000-4中的對(duì)應(yīng)方法，這些方法覆蓋了傳導(dǎo)和輻射抗擾度，這些干擾來自電場(chǎng)和磁場(chǎng)以及通過電源和信號(hào)線的噪聲耦合。

表2 MIL-STD-461E EMI/RFI抗擾度試驗(yàn)方法

表3 IEC61000-4 EMI/RFI抗擾度試驗(yàn)方法

表2列出的MIL-STD-461E試驗(yàn)方法用于確定試驗(yàn)水平的運(yùn)行包絡(luò)。同樣地，IEC61000試驗(yàn)方法的運(yùn)行包絡(luò)與MIL-STD相對(duì)應(yīng)。這些運(yùn)行包絡(luò)適用于儀控系統(tǒng)安裝的位置或者可能安裝的位置，位置包括控制室、遠(yuǎn)距離停堆盤、電纜室、設(shè)備間、輔助儀表室、繼電器室和其他區(qū)域(如汽輪機(jī)甲板)。運(yùn)行包絡(luò)也應(yīng)用于模擬、數(shù)字和混合系統(tǒng)的安裝。

用于電源線的CS101和CS114試驗(yàn)，用于信號(hào)線的CS114、CS115和CS116試驗(yàn)，以及RS101和RS103試驗(yàn)是抗擾度試驗(yàn)的基礎(chǔ)。作為另一種選擇，基于IEC 61000的抗擾度試驗(yàn)也可用于為儀控系統(tǒng)確立抗擾度特性。圖2列出了兩種可接受的抗擾度試驗(yàn)方法，當(dāng)對(duì)于抗擾度試驗(yàn)方法的選擇沒有限制時(shí)，宜整體選擇一種，不宜抽選某些試驗(yàn)項(xiàng)目，即不能將兩套試驗(yàn)方法混合使用。另外，圖2中的(*)表示如果設(shè)備的安裝區(qū)域內(nèi)沒有強(qiáng)磁場(chǎng)源，則可以豁免該試驗(yàn)項(xiàng)。

圖2 EMI/RFI抗擾度試驗(yàn)的兩種可選方法

考慮到系統(tǒng)功能的安全性和可操作性的重要程度，不同系統(tǒng)的EMC性能判據(jù)需要在鑒定大綱中根據(jù)設(shè)備、子系統(tǒng)或系統(tǒng)說明書確定。EMC性能判據(jù)如下：

a. 性能判據(jù)A。在試驗(yàn)期間和試驗(yàn)之后，儀控設(shè)備應(yīng)按預(yù)定方式連續(xù)運(yùn)行。當(dāng)設(shè)備按預(yù)定方式使用時(shí)，其性能降低或功能喪失不允許低于制造商規(guī)定和相關(guān)技術(shù)文件要求的性能水平。

b. 性能判據(jù)B。在試驗(yàn)之后，儀控設(shè)備應(yīng)按預(yù)定方式連續(xù)運(yùn)行。當(dāng)設(shè)備按預(yù)定方式使用時(shí)，其性能降低或功能喪失不允許低于制造商規(guī)定和相關(guān)技術(shù)文件要求的性能水平。

c. 性能判據(jù)C。允許暫時(shí)喪失功能，只要這種功能可自行恢復(fù)或可以通過操作控制器來恢復(fù)。

4 文檔

電磁兼容文件應(yīng)為以下方面提供證明：儀控設(shè)備滿足規(guī)格書要求，同時(shí)在要求的電磁環(huán)境下滿足其性能要求，用戶遵守可行的安裝方式，已建立起管理控制以允許接近移動(dòng)的EMI/RFI源。

電磁兼容文檔的內(nèi)容應(yīng)包含以下所列的信息，同時(shí)也包含相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的信息。作為最低要求的這些條目，成為鑒定文件或者專用文件的一部分，具體如下：

a. 設(shè)備標(biāo)識(shí)。

b. 設(shè)備規(guī)格。

c. 試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明的安全功能。

d. 試驗(yàn)計(jì)劃。

e. 試驗(yàn)結(jié)果。包括試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，試驗(yàn)條目的詳細(xì)描述，測(cè)試設(shè)備、儀器和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的描述，試驗(yàn)步驟，試驗(yàn)數(shù)據(jù)、精度、試驗(yàn)異常的總結(jié)。

f. 所用的安裝方法和用于減輕潛在的EMI/RFI和電源浪涌的管理控制。

g. 總結(jié)和結(jié)論。

h. 批準(zhǔn)人的簽名和日期。

5 結(jié)束語(yǔ)

核電廠儀控設(shè)備的電磁兼容性應(yīng)通過設(shè)計(jì)、型式試驗(yàn)和管理控制來獲得。筆者提供了核電廠電磁兼容性適用的標(biāo)準(zhǔn)和文件，詳細(xì)全面地闡述了儀控設(shè)備電磁兼容性型式的試驗(yàn)要求、性能判據(jù)和設(shè)備鑒定文檔的具體要求。電磁兼容性鑒定要求的確定和應(yīng)用將提高核電廠儀控設(shè)備的安全性，為核電廠的安全運(yùn)行提供保障。

[1] Regulatory Guide 1.180(Rev.1),Guidelines for Evaluating Electromagnetic and Radio-Frequency Interference in Safety-Related Instrumentation and Control Systems[S].USA:U.S.Nuclear Regulatory Commission,2003.

[2] MIL-STD-461E,Requirements for the Control of Electromagnetic Interference Characteristics of Subsystems and Equipment[S].USA:Department of Defense,1999.

[3] IEC61000-6-4,Electromagnetic Compatibility(EMC)-Part 6:Generic Standards-Section 4:Emission Standard for Industrial Environments[S].Switzerland:International Electrotechnical Committee,1997.

[4] IEC61000-4-4,Electromagnetic Compatibility(EMC)-Part 4:Testing and Measurement Techniques-Section 4:Electrical Fast Transient/Burst Immunity Test[S].Switzerland:International Electrotechnical Committee,1995.

[5] IEC61000-4-5,Electromagnetic Compatibility(EMC)-Part 4:Testing and Measurement Techniques-Section 5:Surge Immunity Test[S].Switzerland:International Electrotechnical Committee,1995.

[6] IEC61000-4-6,Electromagnetic Compatibility(EMC)-Part 4:Testing and Measurement Techniques,Section 6:Immunity to Conducted Disturbances,Induced by Radio-Frequency Fields[S].Switzerland:International Electrotechnical Committee,1996.

[7] IEC61000-4-12,Electromagnetic Compatibility(EMC)-Part 4:Testing and Measurement Techniques,Section 12:Oscillatory Waves Immunity Tests[S].Switzerland:International Electrotechnical Committee,1996.

[8] IEC61000-4-13,Electromagnetic Compatibility(EMC)-Part 4:Testing and Measurement Techniques,Section 13:Immunity to Harmonics and Interharmonics[S].Switzerland:International Electrotechnical Committee,1998.

[9] IEC61000-4-16,Electromagnetic Compatibility(EMC)-Part 4:Testing and Measurement Techniques,Section 16:Test for Immunity to Conducted,Common Mode Disturbances in the Frequency Range 0Hz to 150kHz[S].Switzerland:International Electrotechnical Committee,1998.

[10] IEC61000-4-8,Electromagnetic Compatibility(EMC)-Part 4:Testing and Measurement Techniques,Section 8:Power Frequency Magnetic Field Immunity Test[S].Switzerland:International Electrotechnical Committee,1993.

[11] IEC61000-4-9,Electromagnetic Compatibility(EMC)-Part 4:Testing and Measurement Techniques,Section 9:Pulse Magnetic Field Immunity Test[S].Switzerland:International Electrotechnical Committee,1993.

[12] IEC61000-4-10,Electromagnetic Compatibility(EMC)-Part 4:Testing and Measurement Techniques,Section 10:Damped Oscillatory Magnetic Field Immunity Test[S].Switzerland:International Electrotechnical Committee,1993.

[13] IEC61000-4-3,Electromagnetic Compatibility(EMC)-Part 4:Testing and Measurement Techniques-Section 3:Radiated,Radio-Frequency,Electromagnetic Field Immunity Test[S].Switzerland:International Electrotechnical Committee,1995.

(Continued from Page 1280)

AbstractConsidering the ineffective detection of signals of the batch dissolver’s big basket in place in process of spent fuel reprocessing, the air-blowing method was theoretically proved and having calculated results based to produce the equipment was proposed. Having original detection scheme improved and groups of experiments implemented to show that, on the premise of the equipment meeting the processing requirements, applying the air-blowing method to detect signals of big basket in place can bring about a 100% success rate.

Keywordssignal detection of big basket in place, air-blowing method, batch dissolver, blowing rate, diameter of measuring hole

(Continued from Page 1290)

the probability neural network (PNN) for pattern recognition. The experimental analysis proves that this method is effective and feasible in fault diagnosis of reciprocating pump valves.

Keywordsreciprocating pump valve, fault diagnosis,acoustic emission,LMD, box dimension, PNN

IdentificationRequirementsofI&CEquipmentElectromagneticCompatibilityinNuclearPowerPlant

WU Jiong-yang

(ShanghaiNuclearEngineeringResearchandDesignInstitute,Shanghai200233,China)

The electromagnetic compatibility of I&C equipment in nuclear power plant becomes weaker and greater electromagnetic compatibility is demanded. To this end, basing on both standards and documents of the electromagnetic compatibility in nuclear power plant, and both requirements and performance criteria for I&C equipment’s electromagnetic compatibility testing and appraisal were expounded.

I&C equipment, nuclear power plant, electromagnetic compatibility, appraisal of equipment

TH862

B

1000-3932(2016)12-1318-04

2016-09-21(修改稿)