摘 要： DCS系統的可靠接地是保證DCS安全、可靠運行的重要條件。為了保證DCS系統的監測控制精度和可靠運行，在DCS系統接地設計時，必須嚴格按照接地相關標準的要求進行設計。本文依據相關標準要求，給出了核電站安全級DCS系統接地設計的原則和方法，并結合遼寧紅沿河核電站安全級DCS接地實例作了相關分析。
關鍵詞： 核電站；安全級；DCS；接地
核電對發展清潔能源、低碳經濟以及應對全球氣候變化的重大意義已經被世界各國所公認。2007年11月，國務院批準了《核電中長期發展規劃（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，但是根據中國目前的核電發展狀況，這一目標應會得到大幅提高。
核電站安全級DCS數字化保護系統是核電站的中樞神經系統，較之模擬控制系統，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，國內所有在建核電站的核安全級DCS數字化保護系統全部依靠國外引進，已經形成了由國外廠商寡頭壟斷的局面。加強核電站安全級DCS數字化保護系統自主設計能力對于中國核電產業發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字化保護系統的設計和運行維護費用。安全級DCS系統接地設計關系到數字保護系統設備安全可靠運行以及人身安全，本文根據標準要求，給出了核電站安全級DCS系統接地設計的要求和原則，并結合紅沿河安全級DCS接地實例作了相關分析。
1 接地要求
核電站安全級DCS系統的可靠接地是保證DCS安全、可靠運行的重要條件。為了保證DCS系統的監測控制精度和安全、可靠運行，在DCS系統接地設計時，必須嚴格按照接地相關標準要求進行設計。安全級DCS接地的作用是：
（1）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）提供一個穩定的、等電位的電壓參考；
（3）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系統接地和信號電纜屏蔽接地作了規定。
（1）I&C系統接地要求
核電站I&C系統必須接地，以達到以下目標：在瞬態高電壓發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）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，不同的核電站數字化系統設計規范文件對接地作了要求。如基于三菱MELTAC數字化平臺的紅沿河CPR1000核電站DCS項目的規范文件RPS中對安全級DCS保護系統接地做了規定，具體見接地實例。
2 接地原則
系統應保證良好接地，嚴格區分不同性質的地，做到不混接，不同性質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）。
接地系統的電阻必須進行測試，以保證接地能滿足控制系統制造商的要求。保護地、屏蔽地及信號地在機柜內測量其對地的接地電阻應小于規定值。
2.1 I&C系統接地
I&C系統接地是機柜（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，信號地根據機柜內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側接地；當信號源接地時，屏蔽層應在信號源側接地。當屏蔽電纜途經接線盒分斷或合并時，應在接線盒內將其兩端電纜的屏蔽層連接。
2.3 DCS系統接地材料及要求
DCS系統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電氣專用接地網或接地體上。當接地連線距離較長、DCS系統對接地電阻要求較高或接地干線分接的支線數量較多時，宜選用截面積較大的電線電纜。
接地體和接地網干線可以使用鋼材，也可選用銅材。如果接地體和接地網干線安裝在腐蝕性較強的場所，應根據腐蝕的性質采取熱鍍鋅、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（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技術版本基礎之上，在引進、消化、吸收國外先進技術的基礎上，結合20多年來的漸進式改進和自主創新形成的“二代加”百萬千瓦級壓水堆、并擁有自主品牌的核電技術。
紅沿河核電站DCS由安全級DCS和非安全級DCS兩部分構成，其中安全級采用三菱公司的MELTAC-Nplus R3系統，非安全級則采用國產和利時公司的HOLLiAS MACS 6系統。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、專設安全設施驅動和事故后監測等；HOLLiAS MACS 6主要完成核島、常規島非安全級部分和輔助系統的控制及監測功能。安全級DCS主要包括反應堆保護柜（RPC）、專設安全設施驅動柜（ESF）、安全邏輯機柜（SLC）、堆芯冷卻監視系統（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接地的規定外，在紅沿河核電站安全級DCS保護系統設計輸入的DCS系統需求規格書中規定：
（1）對于安全級儀控系統設備機柜和電纜需要有統一的接地規則，且該接地規則應和核電廠的整體接地規則相一致；
（2）DCS供應商須在安全級儀控系統機柜內提供設備和信號用的接地極；
（3）安全級儀控系統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。
依據標準要求和上述電站技術文件要求，紅沿河核電站安全級儀控系統的接地方案如圖2所示。
對于所有的DCS系統、設備和電纜要嚴格按照接地原理圖統一接地，以保護人身設備安全，增加電磁屏蔽的效果。
（1）每個機柜有兩個系統接地極，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。
（5）信號線和儀表（電子）接地連接到凈地接地極。
（6）直流電源地線連接到凈地接地極。
核電站全數字化儀控系統的設計在中國仍然是一個新生事物，特別是安全級DCS系統設計，其設計依據和標準法規尚不完善。因此在進行安全級DCS系統接地設計時，必須遵循安全級數字化保護系統設計原則，嚴格依據標準及客戶需求，充分參照以往的核電站接地方式，在保證滿足系統接地安全基礎上，優化系統接地方案，保證各個子系統接地滿足要求，以取得更好的設計經濟效益和運行效益，為我國核電建設創造良好的環境并積累豐富的設計經驗。并把這些寶貴經驗反饋到后續將要建設的核電DCS系統的設計過程中去，對于形成先進、安全成熟的國產化DCS接地技術方案及推進國家核電設計自主化、標準化、系統化有非常重要的作用。
參考文獻
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