王爱斌　冯君慧

摘要：文章基于《电站仪控设备接地导则》（IEEE Std 1050-1996），对AP1000核电站I&C电缆屏蔽接地进行讨论，主要对包括I&C电缆接地原理、国内外接地处理的方案对照以及基于导则对新电站接地施工方案的探讨，有利于保证机组安全稳定的运行，达到核电厂的预期目标。

关键词：IEEE导则；核电厂；电缆屏蔽接地；电磁干扰；无线射频干扰 文献标识码：A

中图分类号：TM862 文章编号：1009-2374（2015）28-0149-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.28.074

电磁干扰和无线射频干扰（EMI/RFI）在核电厂是一个关注的重点，因为在核电厂的仪控信号电缆感应到相应电流时有可能会影响设备的安全运行。如何有效抑制这些干扰，屏蔽电缆是一个有效的途径。采用屏蔽电缆一方面减少屏蔽外空间电磁场对电缆传输信号的影响；另一方面降低电缆内信号对外部空间的电磁辐射。目前核电厂的仪控电缆均采用屏蔽电缆，但屏蔽电缆抗干扰的能力除了屏蔽层本身的质量有关外，还与屏蔽层接地方式有关，这就引发西屋公司对常规系统接入PLS相关的电缆屏蔽接地的关注。

1 I&C电缆接地方式

1.1 常规I&C电缆单端屏蔽接地

CI设计院的设计理念均为电缆单端屏蔽接地。根据华东院的解释和查阅相关论文，I&C电缆屏蔽接地主要是为了满足系统抗干扰的要求来实施的，原则均由相应的DCS/控制系统厂家提出。国内工程设计均按DCS厂家要求采用单端接地，单端接地最主要的目的是避免双端接地时可能由于电位差导致的干扰电流。随着DCS的普及，国内涉及到屏蔽接地的相关标准规范也均要求单端接地，主要如下：

1.1.1 自动化仪表工程施工及质量验收规范（GB 50093-2013）第10.2.10条：仪表电缆电线的屏蔽层应在控制室仪表盘侧接地，同一回路的屏蔽层应有可靠的电气连续性，不应浮空或重复接地。

1.1.2 火力发电厂热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定（DL/T 5182-2004）第8.0.

9条：屏蔽电缆的屏蔽层不得浮空，必须接地，其接地方式一般应符合下列规定：（1）当信号源浮空时，屏蔽层应在计算机侧接地；（2）当信号源接地时，屏蔽层应在信号源侧接地。

1.1.3 电力建设施工技术规范（DL 5190.4-2012）第4部分：热工仪表及控制装置第8.4.12条。

1.2 西屋提出的I&C电缆双端屏蔽接地

根据西屋DCP-1950的描述，DCP的目的是确定AP1000的I&C电缆的接地设计原则保证电磁兼容性（EMC）。西屋发起此DCP的初衷是为了改进EMI/RFI对核电站设备运行的负面影响。EMI/RFI干扰可能表现为控制系统模拟量回路的噪音或数字量回路的状态完全翻转，电缆屏蔽是消除信号线干扰长期沿用的一个手段。同时，屏蔽线正确的连接至接地结构是消除屏蔽线上电流的关键。几十年来，控制系统柜侧单端屏蔽接地方式只证明了低频干扰下的可靠性。

数字技术的发展已在核电站仪表和控制运用中引入了高时钟频率/低逻辑电平电路。这些进步以及电站通讯（比如无线通讯、网络）高频（或高过10GHz）的整体使用使得有必要重新审查核电站的EMC保护方式。随着数字技术的发展，对EMI/RFI的理解以及如何解决已经落后了。考虑到对单端接地的熟知，电缆屏蔽层双端接地通常被误解。尽管如此，最新的研究和数字化I&C的升级如西屋在瑞典的哈尔斯核电站TWICE项目已经增进了对于EMC质疑的理解。

基于以上考虑，西屋决定在AP1000电站中运用最新的技术确保EMC。根据IEEE 1050-1996第6.1节的规定，当电缆长度与信号波长的比值大于0.15的条件下，电缆应该采用双端接地。因为当电缆长度在信号波长四分之一以上时，如采用一点接地，则电缆屏蔽层会产生天线效应，容易产生干扰；单端接地主要在低频信号且电缆长度较短时有效。

2 双端屏蔽接地的接地回路效应

当导体有两点接地时，就构成所谓的“接地回路”。当两点处于不同电势时，回路中将产生不期望的电流。AP1000的设备接地系统为全厂范围内的设备外壳和金属结构提供了与电站接地网的连接。AP1000设计有自己的仪表和计算机接地系统，并非用于基于供货商规范书的I&C机柜接地。由于全厂接地网设计为等电位，所有的仪表和柜体均连接到共同的接地盘。因此潜在的电势差被减少到了最低程度，无需考虑接地回路的问题。此外，电缆屏蔽是只用于EMC目的，电缆屏蔽层仅作为密闭间隔的延伸，而不是电路路径的一部分。

国内常规火电广泛采用的OVATION平台确实和AP1000非安全级DCS平台OVATION相同，均为艾默生提供。但国内火电项目中，设计院的工程设计方案是根据OVATION厂家艾默生的要求，在OVATION平台的接地设计上就与AP1000的接地设计存在差异。常规电站项目里，OVATION机柜安装时机柜本体通常对地绝缘，即机柜螺接，并且使用螺栓绝缘套和绝缘垫片等对机柜与地进行完全绝缘，在安装后要求进行机柜绝缘测试。而AP1000项目里，西屋的OVATION机柜要求直接焊接在槽钢上，槽钢又与厂房内的钢预埋件焊接，而预埋件与厂房钢结构有机械连接，最终连接全厂接地网（即槽钢-预埋件-钢结构-全厂接地网）。

西屋在DCP中对接地回路进行澄清时，也强调了其AP1000的接地设计和I&C机柜供货商的规范不同。由此可见，不可简单地因为常规火电采用的OVATION平台并且电缆接地采用单端接地（也有少量卡件，如转速卡、通讯卡的信号电缆屏蔽会采用两端接地）就否定AP1000西屋的双端接地设计不可靠。西屋的双端接地设计是经过EMC方面的权威专家的理论分析以及西屋承建的瑞典TWICE改造项目工程实践验证。

3 屏蔽接地施工方式

目前常用的I&C电缆屏蔽接地施工方案主要有以下三种：（1）常规屏蔽接地方式1：单端接地常见施工方式，在盘柜侧电缆屏蔽层利用黄绿线连接到盘柜内的接地端子）；（2）铜箔带屏蔽接地方式2：双端屏蔽接地施工方式，先将3M铜箔带绕在电缆屏蔽层，再将接地引线压缠2～3道，将接地引线包扎后引接到两侧的接地端子或接地点；（3）EMC格兰屏蔽接地方式3：双端屏蔽接地施工方式，在电缆两侧利用EMC格兰，将电缆屏蔽层解散后全周压接在EMC格兰内的铜环，并由接电线引接到接地端子或接地点。

西屋提供的双端屏蔽接地方式主要是上述的接地方式2和3，电站对上述两种接地方式进行现场施工试验。根据施工工序的难易程度，目前电站采用了接地方式3的EMC格兰屏蔽接地的施工方式，该施工方式操作简单、全周屏蔽效果好，满足IEEE导则下西屋的规范

要求。

4 结语

基于IEEE准则下西屋的设计规范要求，I&C电缆采用合理的双端屏蔽接地措施，电站已经完成所有电缆的屏蔽接地施工。在后续的调试过程中反馈该屏蔽方式下整个系统良好地抑制了干扰，从而能够保证机组安全稳定地运行，达到预期目标。

参考文献

[1] IEEE Std 1050-1996 IEEE Guide for Instrumentation Control Equipment Grounding in Generating Stations[S].

[2] Simon M.Mishkov.AP1000 Ovation Interface Design Specification[S].

[3] 李晖，王旭.核电厂仪控设备的接地与屏蔽[J].发电与空调，2013，（4）.

[4] 张淑慧，任永忠.AP1000核电厂仪控系统介绍[J].自动化仪表，2010，（10）.

[5] 张斌，秦会斌.屏蔽电缆的接地问题[J].科技资讯，2006，（7）.

（责任编辑：蒋建华）endprint