摘 要： DCS系統(tǒng)的可靠接地是保證DCS安全、可靠運行的重要條件。為了保證DCS系統(tǒng)的監(jiān)測控制精度和可靠運行，在DCS系統(tǒng)接地設計時，必須嚴格按照接地相關(guān)標準的要求進行設計。本文依據(jù)相關(guān)標準要求，給出了核電站安全級DCS系統(tǒng)接地設計的原則和方法，并結(jié)合遼寧紅沿河核電站安全級DCS接地實例作了相關(guān)分析。
關(guān)鍵詞： 核電站；安全級；DCS；接地
核電對發(fā)展清潔能源、低碳經(jīng)濟以及應對全球氣候變化的重大意義已經(jīng)被世界各國所公認。2007年11月，國務院批準了《核電中長期發(fā)展規(guī)劃（2005-2020年）》，提出到2020年核電裝機容量占全部的4%，達到4 000 萬千瓦，但是根據(jù)中國目前的核電發(fā)展狀況，這一目標應會得到大幅提高。
核電站安全級DCS數(shù)字化保護系統(tǒng)是核電站的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，較之模擬控制系統(tǒng)，基于計算機和微處理器的DCS能提供更好的設備診斷性能和維護性能。目前，國內(nèi)所有在建核電站的核安全級DCS數(shù)字化保護系統(tǒng)全部依靠國外引進，已經(jīng)形成了由國外廠商寡頭壟斷的局面。加強核電站安全級DCS數(shù)字化保護系統(tǒng)自主設計能力對于中國核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展和核電站的安全運行具有重大意義，同時可大幅度降低數(shù)字化保護系統(tǒng)的設計和運行維護費用。安全級DCS系統(tǒng)接地設計關(guān)系到數(shù)字保護系統(tǒng)設備安全可靠運行以及人身安全，本文根據(jù)標準要求，給出了核電站安全級DCS系統(tǒng)接地設計的要求和原則，并結(jié)合紅沿河安全級DCS接地實例作了相關(guān)分析。
1 接地要求
核電站安全級DCS系統(tǒng)的可靠接地是保證DCS安全、可靠運行的重要條件。為了保證DCS系統(tǒng)的監(jiān)測控制精度和安全、可靠運行，在DCS系統(tǒng)接地設計時，必須嚴格按照接地相關(guān)標準要求進行設計。安全級DCS接地的作用是：
?。?）通過限制不同的電壓使之一致來保證相鄰和（或）相連設備的運行，同時保證工作人員的安全；
（2）為靜電屏蔽（例如電纜屏蔽或金屬外殼）提供一個穩(wěn)定的、等電位的電壓參考；
?。?）通過低阻抗連接，將來自或送至建筑物的過電流導入大地。
1.1 標準要求
參考文獻[1]分別對I&C系統(tǒng)接地和信號電纜屏蔽接地作了規(guī)定。
?。?）I&C系統(tǒng)接地要求
核電站I&C系統(tǒng)必須接地，以達到以下目標：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。
?。?）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，一般是單端接地。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。
1.2 其他要求
除標準中的接地要求外，不同的核電站數(shù)字化系統(tǒng)設計規(guī)范文件對接地作了要求。如基于三菱MELTAC數(shù)字化平臺的紅沿河CPR1000核電站DCS項目的規(guī)范文件RPS中對安全級DCS保護系統(tǒng)接地做了規(guī)定，具體見接地實例。
2 接地原則
系統(tǒng)應保證良好接地，嚴格區(qū)分不同性質(zhì)的地，做到不混接，不同性質(zhì)的地用分干線接入各自的匯流板（或者直接接入總的匯流板），各匯流板用總干線接入公共接地極（網(wǎng)）。
接地系統(tǒng)的電阻必須進行測試，以保證接地能滿足控制系統(tǒng)制造商的要求。保護地、屏蔽地及信號地在機柜內(nèi)測量其對地的接地電阻應小于規(guī)定值。
2.1 I&C系統(tǒng)接地
I&C系統(tǒng)接地是機柜（或操作盤/臺）除了電纜屏蔽層接地之外的全部接地，包括機柜設備的保護地及信號地。I&C系統(tǒng)接地原理如圖1所示。
安全級任何機柜（電源柜、控制柜、接線柜及操作臺/盤等）都應設置保護接地母線，信號地根據(jù)機柜內(nèi)儀控設備的具體要求進行設置。
2.2 電纜屏蔽接地
（1）線纜敷設要求
輸入輸出信號電纜應敷設在帶蓋的電纜槽中（或穿管敷設），電纜槽道及蓋板應保證良好接地。單根信號電纜穿鋼管或金屬軟管敷設，電纜管要保證良好接地。
（2）屏蔽接地要求
根據(jù)標準要求，為了提高信號傳輸精度和抗干擾能力，電纜的屏蔽層不得浮空，必須接地。其接地應遵循以下原則：屏蔽層接地的原則為一端接地，當信號源浮空時，屏蔽層應在DCS側(cè)接地；當信號源接地時，屏蔽層應在信號源側(cè)接地。當屏蔽電纜途經(jīng)接線盒分斷或合并時，應在接線盒內(nèi)將其兩端電纜的屏蔽層連接。
2.3 DCS系統(tǒng)接地材料及要求
DCS系統(tǒng)的保護地和屏蔽地連線應使用銅芯絕緣電線或電纜連接到廠區(qū)電氣專用接地網(wǎng)或接地體上。當接地連線距離較長、DCS系統(tǒng)對接地電阻要求較高或接地干線分接的支線數(shù)量較多時，宜選用截面積較大的電線電纜。
接地體和接地網(wǎng)干線可以使用鋼材，也可選用銅材。如果接地體和接地網(wǎng)干線安裝在腐蝕性較強的場所，應根據(jù)腐蝕的性質(zhì)采取熱鍍鋅、熱鍍錫等防腐措施或適當加大截面。
3 接地設計實例
3.1 紅沿河核電站DCS簡介
紅沿河核電機組采用的是中國改進型壓水堆核電技術(shù)（CPR1000）路線，是中國核動力研究設計院與中廣核合作在法國法瑪通M310技術(shù)版本基礎之上，在引進、消化、吸收國外先進技術(shù)的基礎上，結(jié)合20多年來的漸進式改進和自主創(chuàng)新形成的“二代加”百萬千瓦級壓水堆、并擁有自主品牌的核電技術(shù)。
紅沿河核電站DCS由安全級DCS和非安全級DCS兩部分構(gòu)成，其中安全級采用三菱公司的MELTAC-Nplus R3系統(tǒng)，非安全級則采用國產(chǎn)和利時公司的HOLLiAS MACS 6系統(tǒng)。MELTAC-Nplus R3主要完成核安全級保護功能，如反應堆跳閘保護邏輯、專設安全設施驅(qū)動和事故后監(jiān)測等；HOLLiAS MACS 6主要完成核島、常規(guī)島非安全級部分和輔助系統(tǒng)的控制及監(jiān)測功能。安全級DCS主要包括反應堆保護柜（RPC）、專設安全設施驅(qū)動柜（ESF）、安全邏輯機柜（SLC）、堆芯冷卻監(jiān)視系統(tǒng)（CCMS）及安全級操作顯示單元（S-VDU）等。
3.2 紅沿河核電站DCS接地
除上述標準中對核電站安全級DCS接地的規(guī)定外，在紅沿河核電站安全級DCS保護系統(tǒng)設計輸入的DCS系統(tǒng)需求規(guī)格書中規(guī)定：
?。?）對于安全級儀控系統(tǒng)設備機柜和電纜需要有統(tǒng)一的接地規(guī)則，且該接地規(guī)則應和核電廠的整體接地規(guī)則相一致；
?。?）DCS供應商須在安全級儀控系統(tǒng)機柜內(nèi)提供設備和信號用的接地極；
?。?）安全級儀控系統(tǒng)的所有信號都強制使用屏蔽控制電纜，所有電纜的屏蔽層都要集中在DCS機柜的屏蔽接地極接地。
依據(jù)標準要求和上述電站技術(shù)文件要求，紅沿河核電站安全級儀控系統(tǒng)的接地方案如圖2所示。
對于所有的DCS系統(tǒng)、設備和電纜要嚴格按照接地原理圖統(tǒng)一接地，以保護人身設備安全，增加電磁屏蔽的效果。
?。?）每個機柜有兩個系統(tǒng)接地極，分別為臟地接地極和凈地接地極。臟地有保護地（機柜柜體、設備接地及交流電源接地）和屏蔽地；凈地有信號地和直流電源地。
（2）每個接地極的接地電纜不小于100 mm2。
（3）外部電纜的進線屏蔽接地、電源濾波設備接地連接到臟地接地極。
（4）機柜接地連接到臟地接地極。
?。?）信號線和儀表（電子）接地連接到凈地接地極。
?。?）直流電源地線連接到凈地接地極。
核電站全數(shù)字化儀控系統(tǒng)的設計在中國仍然是一個新生事物，特別是安全級DCS系統(tǒng)設計，其設計依據(jù)和標準法規(guī)尚不完善。因此在進行安全級DCS系統(tǒng)接地設計時，必須遵循安全級數(shù)字化保護系統(tǒng)設計原則，嚴格依據(jù)標準及客戶需求，充分參照以往的核電站接地方式，在保證滿足系統(tǒng)接地安全基礎上，優(yōu)化系統(tǒng)接地方案，保證各個子系統(tǒng)接地滿足要求，以取得更好的設計經(jīng)濟效益和運行效益，為我國核電建設創(chuàng)造良好的環(huán)境并積累豐富的設計經(jīng)驗。并把這些寶貴經(jīng)驗反饋到后續(xù)將要建設的核電DCS系統(tǒng)的設計過程中去，對于形成先進、安全成熟的國產(chǎn)化DCS接地技術(shù)方案及推進國家核電設計自主化、標準化、系統(tǒng)化有非常重要的作用。
參考文獻
[1] IEEE 1050 IEEE-2004， guide for instrumentation and control equipment grounding in generating stations[S].
[2] EJ/T 1065（1998）核電廠儀表和控制設備的接地和屏蔽設計準則[S].
[3] EJ/T 649（1992）核電廠電纜系統(tǒng)設計及安裝準則[S].
[4] Q/GLHJ 000001-2008，核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)（DCS）技術(shù)要求，北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司企業(yè)標準[S].
[5] 張冬冬，蒙海軍.紅沿河核電站安全級DCS控制系統(tǒng)設計電力建設[J].電力建設，2009（6），66-68.
[6] 王常力，羅安.分布式控制系統(tǒng)（DCS）設計與應用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.