AP1000非1E级I&C系统接地研究
2016-07-05吴志钢
吴志钢,陈 雯
(国核电力规划设计研究院,北京 100095)
AP1000非1E级I&C系统接地研究
吴志钢,陈雯
(国核电力规划设计研究院,北京100095)
摘要:主要是针对AP1000依托项目非1E级I&C系统的接地需求,结合AP1000核电厂的标准设计要求,综合考虑目前AP1000依托项目的工程实际情况,提出了AP1000非1E级I&C系统的接地方案。重点对接地分类、接地要求以及具体的接地方案进行研究。
关键词:AP1000;I&C系统;OVATION;接地
I&C系统合理、可靠的接地,是I&C系统非常重要的内容。为了保证I&C系统的监测控制精度和安全、可靠运行,必须对I&C系统的接地进行认真设计和统筹考虑。
AP 1000I&C系统架构主要是基于两个硬件平台:用于实现安全系统监控、保护的Common Q平台和用于常规电站运行,数据显示和控制监测的非1E级的Ovation平台。
本文是基于AP1000依托项目的实际情况,结合AP1 000对I&C系统接地的要求以及相关标准规范的要求,结合OVATION平台对接地的要求和硬件特点,对非1E级I&C系统接地进行分析和研究,明确接地要求,并最终提出可行的非1E级I&C接地方案。
1接地分类
接地按作用分,主要分为两类:一是为人身安全和电气设备运行的保护接地,包括保护接地、本安接地、防静电接地和防雷接地等;二是为信号传输和抗干扰的工作接地。二者相互关联,密不可分。
1.1保护地
保护地是为人身安全和电气设备安全而设置的接地,也称为安全接地。保护地是将DCS中平时不带电的金属部分(机柜外壳,操作台外壳等)与地之间形成良好的导电连接,以保护设备和人身安全。同时保护接地还可以防止静电的积聚。
1.2工作地
工作接地的目的是抗干扰,是为了使I&C系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。分为数字电源地、系统地和屏蔽接地等。在OVATION平台中,工作地主要包括数字电源地和系统地。
数字电源地,也称为逻辑地、系统电源地或主机电源地等,主要是用做给I&C系统的信号及内部电路提供基准参考电平。
屏蔽接地,也称为模拟地,是为了避免电磁场对仪表和信号的干扰而采取的屏蔽网接地。它可以把信号传输时所受到的干扰屏蔽掉,以提高信号质量。
2接地要求
I&C系统的可靠接地是保证I&C系统安全、可靠运行的重要条件。为了保证I&C系统的检测控制精度和安全、可靠运行,I&C系统的接地必须严格按照接地相关标准和要求进行设计。
2.1IEEE标准要求对I&C系统接地的规定
2.1.1I&C系统接地要求
I&C系统必须接地,并达到如下目标:在瞬态高电压发生时维持核电站的安全电压;减少设备的浪涌影响至最低限度;提供一个低阻抗的接地故障电流返回路径;提供一个可能在设备上积累的静电荷的低阻抗泄漏通道;通过在不同装置、电路和系统间提供一个宽频带的、相对低阻抗的公共信号参考地,以减小噪音干扰。
2.1.2电缆屏蔽接地要求
电缆的安全接地提供了一个双向衰减远端和近端的电磁干扰的路径。同时,接地可以使得两个不同的电路公共端维持在同一个电势上。接地点确切的实际位置取决于EMI的来源和电路中的最敏感的零件。一般来说,电路的最敏感的零件在电缆的端部位置。
2.2AP1000接地要求
AP1000标准设计考虑I&C系统整体设计和依托项目平台的硬件特点,对接地也提出了具体的要求是接地和屏蔽应遵守IEEE Std. 1050的要求;DCIS接地应能保证人员安全,并降低电磁敏感性;供电回路主电缆需提供保护性接地;工作地应确定机柜或机柜内部设备不受EMI和RFI的影响,同时限制其EMI和RFI的辐射;工作地还应在故障状态时,保证人员免受接触电压的伤害;保护性接地和工作地都应电气性连接至机柜外壳;电源分配模块的数字电源地应连接至机柜外壳以为直流二次电源提供参考电压。
3接地方案
3.1I&C机柜接地方案
I&C机柜接地是指机柜(或操作盘/台)的接地,包括机柜设备的保护地及信号地。
具体的接地方案如下:
(1)所有设备及外壳应充分接地,从而起到为屏蔽干扰电流提供一个消散的路径和保护设备和人身安全的作用。
(2)至每个机柜的供电回路电缆应包括一个保护接地导线。保护接地导线应发起自分配源,并从分配源至机柜处均保持连续。
(3)机柜的接地螺栓应通过一个单独的导体电气性连接至电厂接地网。对于独立布置的机柜,必须按该方法进行连接;对于一排成组布置的机柜,连接至中心机柜即可。接地导体应该是标准的铜导体,要大于4/0 AWG。接地导体的长度应尽可能短。接地导体从机柜接地端到地面接地点的直流电阻应小于1 ohm。
(4)机柜内部的电源分配模块的接地端也应与机柜外壳连接。因机柜外壳与接地网是电气连接的,因此机柜外壳已与接地网实现电气连接,可以保证当机柜外壳带电时可以通过接地螺栓导入到接地网中。
(5)为避免产生接地回路,在电源配电处的电气接地点和机柜侧的接地螺栓接地点的电位应是一致的,或者小于1 ohm。
3.2电缆接地方案
根据AP1000标准设计要求,所有直接连接至核心I&C系统的仪控电缆,其屏蔽层应在相应机柜端、现场终端设备和任何中间接触点(如接线盒和端子箱等)进行全周联接。
基于该要求,AP1000的电缆屏蔽接地采用EMC密封件的方式,EMC密封件布置在机柜底部进口处,并与机柜外壳电气连接。电缆屏蔽层与密封件进行全周连接,保证电缆屏蔽层可以做到良好接地。同时密封件还可以起到物理上的电缆支撑作用和IP防护作用。
3.3机柜分组原则
基于OVATION平台的I&C系统机柜接地分单机柜接地和多机柜接地2种,2种接地在内部接地导体连接上有细微差别。鉴于依托项目和国内核电站机柜布置设计多采用的是集中布置方案,因此此处着重介绍多机柜簇接地方法。
(1)组群中位于主要中心位置的控制机柜称为“中心机柜”,其他机柜称为相邻机柜,在所有系统中,建议每组机柜不超过5面,并且相邻机柜与中心机柜距离不能超过10 m。
(2)组群中指定一个机柜为中心机柜,其接地螺栓应与接地网相接。组群内其余机柜成为相邻机柜。在整个DCS中,建议每个组群中机柜数量不超过5面,同时相邻机柜与中心机柜间的距离不能超过10 m。在机柜分组时,只有DPU和EIO,以及RIO和EIO机柜可以分配在一组。
(3)在每个组群中中心机柜的接地螺栓应通过一根最小4 AWG(最好是0 AWG)的电缆与接地点相连。可以使用机柜内安装地板底部的左侧和右侧的专用螺栓来完成这个连接,并确保从机柜到接地点的直流电阻小于1 ohm。
(4)组群中所有控制机柜必须从中心机柜使用最小为4 AWG的电缆,接地螺栓使用菊花链链接方式链接在一起。确定组群中从接地点到最后一个机柜的电缆全长最短。
3.4具体接地方案
机柜组的接地方案如图1所示。
4结语
AP1000核电站I&C系统的设计在我国尚属新生事物,其相应的设计标准和法规也尚不完善。因此,在进行I&C系统接地设计时,必须遵循AP1000设计原则,严格依据标准及设计要求,充分考虑I&C系统平台的硬件特点,优化系统接地方案,保证I&C系统接地满足要求,以取得良好的经济效益和运行效率,并将这些宝贵经验反馈到后续核电项目的设计中去,从而对形成先进、安全成熟的国产化DCS接地方案及推进国家核电设计自主化、标准化、系统化有非常重要的作用。
图1 机柜组接地连接示意图
(本文编辑:严加)
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
中图分类号:TM715
文献标志码:B
文章编号:2095-1256(2016)01-0139-03
收稿日期:2015-09-18