基于IA平台的核电厂DCS机柜的电气设计

梁柱 谢挺 蔡晓涛



基于IA平台的核电厂DCS机柜的电气设计

梁柱 谢挺 蔡晓涛

中核控制系统工程有限公司，北京 100176

旨在阐述基于IA平台的核电厂DCS机柜电气设计的一般原则，分别从电磁兼容、电气设备、电缆设计三个方面介绍了设计方法和注意事项，同时对重要的问题提供了解决方案。

IA平台；DCS；电气设计

引言

核电厂DCS机柜的电气设计应以工控产品平台为基础。福清核电厂3&4机组的非安全DCS采用IA平台，IA平台本身具有的能够满足核电要求的产品特性。

核电厂DCS机柜的电气设计主要包含三个方面：电磁兼容、电气设备、电缆设计。在IA系统平台上，机柜电气设计每个方面的设计原则是怎样的？常见的问题有哪些？已有的工程实践是如何解决这些问题的？已有的工程设计中存在哪些不足，如何改进？都是硬件工程师非常关注的问题。本文着重讨论了这些问题，力求提供整套的行之有效的解决方案。

1 电磁兼容

DCS 设计应遵从IEC 标准，提供充分的电磁兼容性（EMC）。

DCS应通过符合IEC61000-4的2〜6部分的试验项（3、4、5、6项应满足严酷等级3级，2层应满足严酷等级2级）。设备在测试时，不应表现出任何故障或超出指定的运行容许值的性能退化。

DCS设备的设计应使其对核电厂的环境或人员不会造成任何不良影响。

在DCS 中使用的所有数字设备，应提交一份电磁干扰/射频干扰的测试报告和/或分析。这份报告或分析应是证明DCS 设备能够符合上述要求的基础。

IA系统的电磁兼容方面的设计方法为：

（1）在各类IA模块的设计和制造中考虑电磁兼容性，以在卡件级满足电磁兼容要求。

（2）从机柜的机械结构设计方面考虑，如机柜门安装传导和密封条，提高机柜的密闭性，在通风口安装金属网等。

2 电气设备

电气设备的设计原则如下：

（1）由于门控报警采用FBM207C模块，回路断电产生报警信号，故门控模块应连接常开触点。

（2）IA机柜采用顶部开口设计，方便进线，并为火灾探测装置保留空间。

（3）IA机柜应安装低噪声风扇，并提供风扇报警；IA机柜在正面和背面的下部安装了可更换的空气滤网，在上部安装风扇，并用纸板挡住一侧的通风口，以使空气在柜内形成回路。

（4）采用高温报警温控装置，连接常闭触点，温度升高，回路断电产生报警信号。

（5）端子应能够端接0.75～2.5 mm2（个别情况下6 mm2）的芯线，并设计能够连接双根芯线。但原则上应该设计为一个端子只连接一根芯线。

（6）端子上打印标记号，此标示与核电厂的设备命名规则保持一致。

（7）IA系统采用集成背板的设计，减少了FBM之间、FCP之间、FBM与FCP之间的手动接线，同时在FCP背板与FBM背板之间，FBM与TA之间大量采用了预制电缆，进一步减少了纯手动接线。

（8）柜内直流电源模块均设有故障报警输出，电源报警采用FBM207C模块，回路断电产生报警信号，故应连接电源故障报警输出的常闭触点。

（9）柜外直流电源的报警采用光耦继电器，同样是FBM207C模块的回路断电产生报警信号，故应连接光耦继电器常开触点。

3 电缆设计

电缆设计原则如下：

（1）所有互连的电缆或电线、接头、电缆束带、电缆管道、电线槽都使用低烟、无卤、阻燃材料，符合IEC60332-1，IEC60332-3 的规定。电缆中的单根导线也应阻燃，不得释放有毒或腐蚀性产物。

（2）现场电缆每组绞线单独屏蔽并且整个电缆总屏蔽，满足K3 和设计方规格书要求。机柜设有专门的屏蔽接地排，用于现场电缆的屏蔽接地。不过，即使对数字量信号不采用屏蔽电缆（采用普通控制电缆连接），DCS系统也应能够正常工作。

（3）每根芯线在两端都提供点对点的线标来进行识别，与接线图上的芯线号相一致。IA机柜的每个线号都同时标有起始端和目的端的设备标记号。

（4）电缆应根据颜色和分配的电缆号标识，并应遵守买方提供的电缆标识原则。

（5）同一机柜或盘台内不同列的内部接线应通过专门和密闭的电缆路径敷设。隔离措施满足RCC-E D7000要求。B列电缆需穿金属管敷设。

（6）DCS设计应限制现场布线的数量，最大限度地利用多芯连接器和预装配电缆。使用连接器的时候，应提供适当措施以防止短路或误接。尽可能减少单线对单线或单线对端子的连接。

（7）光纤应尽量使用带备用光纤的多模光缆，光纤不能采用绞接。

一般来说，电缆托架不属于IA系统的供给范围。但是，在作硬件设计时应注意以下几点。

①与A和B列相关的电缆通道根据不同的安全防火分区、房间、廊道等，走不同路径。

②低压控制和测量电缆托盘系应与动力电缆托盘隔离，以便尽量减少任何信号干扰。电缆通道的屏蔽采用金属托盘接地和空间隔离是可以接受的机柜或控制盘内布线槽里电缆、芯线的装入量不得超过容量的40％。

同时，以下的准则应被用于机柜或控制盘内部的布线。

①交流和直流电路应保持隔离。

②测量信号的线应与动力或控制线隔离，可以通过使用单独走线来隔离。仪表的信号线与电源和控制线路一起敷设一般是不允许的。

③安全级回路和非安全级回路，以及冗余安全级回路的隔离应遵照 RCC-E D7000。

④非安全级线不得与安全级线捆成一束。

⑤提供给光纤电缆的电缆托架，电缆通道和贯串件应考虑光纤电缆的弯曲半径。光纤电缆应该是耐磨的。

4 结语

本文围绕IA系统产品特性和核电站DCS机柜电气设计要求之间的关系，分别从电磁兼容、电气设备、电缆设计这三大方面，详细阐述了在IA系统平台上开展机柜电气设计的原则。同时，结合福清核电DCS项目的工程实践，针对电气设计中经常遇到的难题，提出了可行的解决方案。本文还分析了福清核电DCS项目机柜电气设计中的不足之处，并提出了改进方法，可以作为后续核电DCS项目在开展硬件设计时的参考。

[1]刘玥，丁长富，王少华，等.DCS安全级仪控平台的分析研究[J].自动化博览，2012（1）：48-52.

[2]刘鹏飞，林萌，侯东，等.核电厂DCS系统功能验证工程模拟机研究[J].核动力工程，2009，30（S1）：48-50.

[3]邱成悌，等.电子设备结构设计原理[M].江苏：东南大学出版社，2001.

Electrical Design of DCS Cabinet of Nuclear Power Plant Based on IA Platform

Liang Zhu Xie Ting Cai Xiaotao

China Nuclear Control System Engineering Co., Ltd., Beijing 100176

The purpose of thes paper is to describe the general principles of the electrical design of a DCS cabinet of Nuclear Power Plant based on IA platform. The design methods and precautions are respectively introduced from the aspects of electromagnetic compatibility, electrical equipment and cable design. At the same time, solutions to important problems are provided.

IA platform;DCS;electrical design

TP271

A

梁柱(1984—)，男，河北张家口人，工程师，主要从事反应堆保护系统的数字化仪控设计。谢挺(1984—)，男，新疆昌吉人，工程师，主要从事核电厂非安全级DCS系统设计。蔡晓涛(1980—)，男，山东潍坊人，工程师，主要从事反应堆保护系统的数字化仪控设计。