吳志鋼，陳　雯

(國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院，北京　100095)

AP1000非1E級I&C系統(tǒng)接地研究

吳志鋼，陳雯

(國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院，北京100095)

摘要：主要是針對AP1000依托項目非1E級I&C系統(tǒng)的接地需求，結(jié)合AP1000核電廠的標準設(shè)計要求，綜合考慮目前AP1000依托項目的工程實際情況，提出了AP1000非1E級I&C系統(tǒng)的接地方案。重點對接地分類、接地要求以及具體的接地方案進行研究。

關(guān)鍵詞：AP1000；I&C系統(tǒng)；OVATION；接地

I&C系統(tǒng)合理、可靠的接地，是I&C系統(tǒng)非常重要的內(nèi)容。為了保證I&C系統(tǒng)的監(jiān)測控制精度和安全、可靠運行，必須對I&C系統(tǒng)的接地進行認真設(shè)計和統(tǒng)籌考慮。

AP 1000I&C系統(tǒng)架構(gòu)主要是基于兩個硬件平臺：用于實現(xiàn)安全系統(tǒng)監(jiān)控、保護的Common Q平臺和用于常規(guī)電站運行，數(shù)據(jù)顯示和控制監(jiān)測的非1E級的Ovation平臺。

本文是基于AP1000依托項目的實際情況，結(jié)合AP1 000對I&C系統(tǒng)接地的要求以及相關(guān)標準規(guī)范的要求，結(jié)合OVATION平臺對接地的要求和硬件特點，對非1E級I&C系統(tǒng)接地進行分析和研究，明確接地要求，并最終提出可行的非1E級I&C接地方案。

1接地分類

接地按作用分，主要分為兩類：一是為人身安全和電氣設(shè)備運行的保護接地，包括保護接地、本安接地、防靜電接地和防雷接地等；二是為信號傳輸和抗干擾的工作接地。二者相互關(guān)聯(lián)，密不可分。

1.1保護地

保護地是為人身安全和電氣設(shè)備安全而設(shè)置的接地,也稱為安全接地。保護地是將DCS中平時不帶電的金屬部分(機柜外殼，操作臺外殼等)與地之間形成良好的導電連接，以保護設(shè)備和人身安全。同時保護接地還可以防止靜電的積聚。

1.2工作地

工作接地的目的是抗干擾，是為了使I&C系統(tǒng)以及與之相連的儀表均能可靠運行并保證測量和控制精度而設(shè)的接地。分為數(shù)字電源地、系統(tǒng)地和屏蔽接地等。在OVATION平臺中，工作地主要包括數(shù)字電源地和系統(tǒng)地。

數(shù)字電源地,也稱為邏輯地、系統(tǒng)電源地或主機電源地等，主要是用做給I&C系統(tǒng)的信號及內(nèi)部電路提供基準參考電平。

屏蔽接地，也稱為模擬地，是為了避免電磁場對儀表和信號的干擾而采取的屏蔽網(wǎng)接地。它可以把信號傳輸時所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號質(zhì)量。

2接地要求

I&C系統(tǒng)的可靠接地是保證I&C系統(tǒng)安全、可靠運行的重要條件。為了保證I&C系統(tǒng)的檢測控制精度和安全、可靠運行，I&C系統(tǒng)的接地必須嚴格按照接地相關(guān)標準和要求進行設(shè)計。

2.1IEEE標準要求對I&C系統(tǒng)接地的規(guī)定

2.1.1I&C系統(tǒng)接地要求

I&C系統(tǒng)必須接地，并達到如下目標：在瞬態(tài)高電壓發(fā)生時維持核電站的安全電壓；減少設(shè)備的浪涌影響至最低限度；提供一個低阻抗的接地故障電流返回路徑；提供一個可能在設(shè)備上積累的靜電荷的低阻抗泄漏通道；通過在不同裝置、電路和系統(tǒng)間提供一個寬頻帶的、相對低阻抗的公共信號參考地，以減小噪音干擾。

2.1.2電纜屏蔽接地要求

電纜的安全接地提供了一個雙向衰減遠端和近端的電磁干擾的路徑。同時，接地可以使得兩個不同的電路公共端維持在同一個電勢上。接地點確切的實際位置取決于EMI的來源和電路中的最敏感的零件。一般來說，電路的最敏感的零件在電纜的端部位置。

2.2AP1000接地要求

AP1000標準設(shè)計考慮I&C系統(tǒng)整體設(shè)計和依托項目平臺的硬件特點，對接地也提出了具體的要求是接地和屏蔽應遵守IEEE Std. 1050的要求；DCIS接地應能保證人員安全，并降低電磁敏感性；供電回路主電纜需提供保護性接地；工作地應確定機柜或機柜內(nèi)部設(shè)備不受EMI和RFI的影響，同時限制其EMI和RFI的輻射；工作地還應在故障狀態(tài)時，保證人員免受接觸電壓的傷害；保護性接地和工作地都應電氣性連接至機柜外殼；電源分配模塊的數(shù)字電源地應連接至機柜外殼以為直流二次電源提供參考電壓。

3接地方案

3.1I&C機柜接地方案

I&C機柜接地是指機柜(或操作盤/臺)的接地，包括機柜設(shè)備的保護地及信號地。

具體的接地方案如下：

(1)所有設(shè)備及外殼應充分接地，從而起到為屏蔽干擾電流提供一個消散的路徑和保護設(shè)備和人身安全的作用。

(2)至每個機柜的供電回路電纜應包括一個保護接地導線。保護接地導線應發(fā)起自分配源，并從分配源至機柜處均保持連續(xù)。

(3)機柜的接地螺栓應通過一個單獨的導體電氣性連接至電廠接地網(wǎng)。對于獨立布置的機柜，必須按該方法進行連接；對于一排成組布置的機柜，連接至中心機柜即可。接地導體應該是標準的銅導體，要大于4/0 AWG。接地導體的長度應盡可能短。接地導體從機柜接地端到地面接地點的直流電阻應小于1 ohm。

(4)機柜內(nèi)部的電源分配模塊的接地端也應與機柜外殼連接。因機柜外殼與接地網(wǎng)是電氣連接的，因此機柜外殼已與接地網(wǎng)實現(xiàn)電氣連接，可以保證當機柜外殼帶電時可以通過接地螺栓導入到接地網(wǎng)中。

(5)為避免產(chǎn)生接地回路，在電源配電處的電氣接地點和機柜側(cè)的接地螺栓接地點的電位應是一致的，或者小于1 ohm。

3.2電纜接地方案

根據(jù)AP1000標準設(shè)計要求，所有直接連接至核心I&C系統(tǒng)的儀控電纜，其屏蔽層應在相應機柜端、現(xiàn)場終端設(shè)備和任何中間接觸點(如接線盒和端子箱等)進行全周聯(lián)接。

基于該要求，AP1000的電纜屏蔽接地采用EMC密封件的方式，EMC密封件布置在機柜底部進口處，并與機柜外殼電氣連接。電纜屏蔽層與密封件進行全周連接，保證電纜屏蔽層可以做到良好接地。同時密封件還可以起到物理上的電纜支撐作用和IP防護作用。

3.3機柜分組原則

基于OVATION平臺的I&C系統(tǒng)機柜接地分單機柜接地和多機柜接地2種，2種接地在內(nèi)部接地導體連接上有細微差別。鑒于依托項目和國內(nèi)核電站機柜布置設(shè)計多采用的是集中布置方案，因此此處著重介紹多機柜簇接地方法。

(1)組群中位于主要中心位置的控制機柜稱為“中心機柜”，其他機柜稱為相鄰機柜,在所有系統(tǒng)中，建議每組機柜不超過5面，并且相鄰機柜與中心機柜距離不能超過10 m。

(2)組群中指定一個機柜為中心機柜，其接地螺栓應與接地網(wǎng)相接。組群內(nèi)其余機柜成為相鄰機柜。在整個DCS中，建議每個組群中機柜數(shù)量不超過5面，同時相鄰機柜與中心機柜間的距離不能超過10 m。在機柜分組時，只有DPU和EIO，以及RIO和EIO機柜可以分配在一組。

(3)在每個組群中中心機柜的接地螺栓應通過一根最小4 AWG(最好是0 AWG)的電纜與接地點相連。可以使用機柜內(nèi)安裝地板底部的左側(cè)和右側(cè)的專用螺栓來完成這個連接，并確保從機柜到接地點的直流電阻小于1 ohm。

(4)組群中所有控制機柜必須從中心機柜使用最小為4 AWG的電纜，接地螺栓使用菊花鏈鏈接方式鏈接在一起。確定組群中從接地點到最后一個機柜的電纜全長最短。

3.4具體接地方案

機柜組的接地方案如圖1所示。

4結(jié)語

AP1000核電站I&C系統(tǒng)的設(shè)計在我國尚屬新生事物，其相應的設(shè)計標準和法規(guī)也尚不完善。因此，在進行I&C系統(tǒng)接地設(shè)計時，必須遵循AP1000設(shè)計原則，嚴格依據(jù)標準及設(shè)計要求，充分考慮I&C系統(tǒng)平臺的硬件特點，優(yōu)化系統(tǒng)接地方案，保證I&C系統(tǒng)接地滿足要求，以取得良好的經(jīng)濟效益和運行效率，并將這些寶貴經(jīng)驗反饋到后續(xù)核電項目的設(shè)計中去，從而對形成先進、安全成熟的國產(chǎn)化DCS接地方案及推進國家核電設(shè)計自主化、標準化、系統(tǒng)化有非常重要的作用。

圖1　機柜組接地連接示意圖

(本文編輯：嚴加)

Non-1E I&C System Grounding in AP1000 Nuclear Power Plant

WU Zhi-gang, CHEN Wen

(SNPDRI, Beijing 100095, China)

Abstract:In accordance with the requirements of non-1E I&C system grounding and standard design in AP1000 nuclear power plant, and considering the current engineering situation of AP1000-based projects, this paper proposes the grounding scheme for AP1000 non-1E I&C system. This study focuses on the following aspects: the grounding classification, grounding requirements and specific grounding solutions.

Key words:AP1000; I&C system; OVATION; grounding

DOI：10.11973/dlyny201601029

中圖分類號：TM715

文獻標志碼：B

文章編號：2095-1256(2016)01-0139-03

收稿日期：2015-09-18