核電廠熱電阻儀表的電磁兼容分析

摘 要: 新建核電廠采用了全數(shù)字化的儀控系統(tǒng),，需要大量的無源儀表進行采集并獲得可靠的數(shù)據(jù)?？紤]到無源儀表的可靠性及電磁兼容( EMC) 抗干擾性能,，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)目前還未對核電廠無源儀表的電磁兼容鑒定作出規(guī)范要求。通過理論與實踐相結(jié)合的方式,，闡明了熱電阻儀表的電磁兼容鑒定要求,。首先，介紹了熱電阻儀表的基本原理與實際應(yīng)用方式,，并且說明了電磁兼容的基本概念和檢測的意義,。然后，通過理論分析與實際電磁兼容試驗案例,，論證了熱電阻儀表需要進行電磁兼容鑒定的意義,，并且明確了電磁兼容鑒定試驗的項目及項目等級。該研究為以后國家及核電企業(yè)單位等制定國內(nèi)核電廠中的無源儀表設(shè)備鑒定標(biāo)準(zhǔn)提供了參考,。
0 引言
       2018 年,，CAP1400 示范工程要求 95% 國產(chǎn)化儀控設(shè)備。國產(chǎn)化儀表將被大量用于核電廠中,，監(jiān)測并確保核電廠的安全［1］,。考慮到核電廠的特殊性,，必須保證核電廠的可靠性與安全性,。對于核電廠無源儀表，也需要進行部分電磁兼容( electromagnetic compatibility,，EMC) 試驗,，以驗證儀表的性能。
       本文從原理,、應(yīng)用方式,，以及 EMC 概念、意義等方面，對當(dāng)下使用較多的無源儀表之一的熱電阻儀表進行介紹,，通過理論分析與實際試驗驗證,，得出結(jié)論。該研究為以后核電廠驗收無源儀表提供了參考,。
1熱電阻儀表
1．1熱電阻儀表基本概念
      熱電阻儀表是一種常用的溫度檢測器,，通常用在現(xiàn)場的中低溫區(qū)域。熱點組的測溫原理實質(zhì),，是通過金屬導(dǎo)體的電阻值伴隨著溫度的上升而增加的特性進行測量,。其重要的特點就在于測量的精度較高，性能較為穩(wěn)定,。
       熱電阻儀表大多數(shù)由純金屬的材質(zhì)制作成型,。當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的就是銅和鉑。由于銅和鉑成本較高,，目前也開始采用例如銠,、錳和鎳等替代材料制造熱電阻。熱電阻的溫度測量數(shù)值本身無法直接被顯示出來,，需要將自身的電阻信號傳遞到二次儀表或者計算機控制裝置.上來顯示,。
鉑電阻的精度高,多用于氧化性和中性介質(zhì)，具有溫度越高電阻變化率越小的非線性,，穩(wěn)定性比較好,。而銅電阻則是在測溫的范圍內(nèi)，電阻值和溫度呈現(xiàn)線性的關(guān)系,，超過150C容易被氧化,，適用于無腐蝕介質(zhì)。
1.2熱電阻儀表現(xiàn)場應(yīng)用的方式
       熱電阻儀表的實質(zhì)是一次傳感元器件,是將溫度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮柚档淖兓?。在工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)場,，熱電阻被安裝在與控制室距離較遠處，需要使用較長的引線,。因此,，熱電阻儀表的引線對最終的測量結(jié)果會有很大影響。
如今,主流的三種引線方式被用于熱電阻儀表現(xiàn)場接線中,。
①二線制:二線制就是將電源,、負載串聯(lián)在一起。這種接線的方式十分簡便,。但由于需要連接導(dǎo)線,，一定會在其引線上產(chǎn)生電阻值R。R的大小與引線的長度和材質(zhì)等因素相關(guān),。因此，二線制方式大多數(shù)適用于測量精度比較低的場合。
②三線制:通常在電源正端用一根線,信號輸出正.端用另一根線,而電源的負端和信號負端共用- -根線,。這種三線制的方式通常搭配電橋測量方法來使用,，可以很好地消除導(dǎo)線上電阻的影響。該方法是在工業(yè)過程控制領(lǐng)域中較為常用的接線方法,。
③四線制:在熱電阻儀表的引出口的兩端分別外接兩根引線的接線方式,。其中，兩根引線為熱電阻提供恒定電流I,把R轉(zhuǎn)換成電壓信號U,再通過另兩根引線把U引至二次儀表,。由此可見,，四線制接線方式可以完全消除引線上的電阻影響，主要用于精度高溫度測量,。
       熱電阻在實際工作中需要與二次儀表相連接,，所以在測量電阻時，必須借助外加電源,，一-般為0~12 V電壓信號或者4~20 mA電流信號,。
2熱電阻儀表EMC抗擾度試驗要求
2.1EMC概念及無源設(shè)備測試意義
       EMC與人們的生活息息相關(guān)。現(xiàn)代社會各種無線技術(shù)飛速發(fā)展,環(huán)境噪聲不斷提高,使EMC問題日益突出,。
       EMC性能是指設(shè)備,、產(chǎn)品或者系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行，并不對其所在的環(huán)境中的任何其他設(shè)備產(chǎn)生無法經(jīng)受的電磁干擾的能力,。EMC實際分為兩個方面的要求:一方面是指設(shè)備在正常運行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不可以高于其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值;另一個方面是指設(shè)備,、產(chǎn)品或者系統(tǒng)對于其所處在的工作環(huán)境中存在的電磁干擾，達到標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定的抗擾度要求,，即電磁敏感性'
       無源設(shè)備的檢測,，尤其是EMC抗擾度檢測，主要通過兩個途徑驗證設(shè)備的EMC性能,。一個是空間上的;另一個是通過線纜或者線纜上的屏蔽層,然后對其施加干擾來查看設(shè)備是否仍然能夠正常工作,。無源設(shè)備最終的目的均是考驗其EMC屏蔽的性能[4
       為了驗證設(shè)備是否具備合格的電磁兼容性能,并且可重復(fù)、可比較,，各主要國家或地區(qū)都設(shè)立專門機構(gòu),制定EMC標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范測試方法,、測試環(huán)境以及測試設(shè)備。.
       對于核電廠設(shè)備的測試,，設(shè)備鑒定是證明核電廠安全重要設(shè)備或設(shè)施能在其預(yù)期的鑒定壽期內(nèi)的任意時刻及時投運,，并滿足系統(tǒng)所需性能要求，且不存在共因故障機理的過程,。
2.2無源設(shè)備的EMC抗擾度試驗要求
      無源設(shè)備是指本身無需外部供電,，沒有電源線的設(shè)備。所以在EMC測試中,涉及到電源線的檢測項目均無需檢測問,。以核電廠熱電阻儀表為例,，無源設(shè)備雖然沒有電源線,，但與二次儀表相連接,并且大多數(shù)為金屬外殼。因此,，也需要驗證其屏蔽性能,。
在大多數(shù)行業(yè)(特別是工業(yè)環(huán)境)中，例如火電廠,、污水廠等,，對于在現(xiàn)場的無源儀表,EMC抗擾度試驗相對較少并且要求不高,一些廠家業(yè)主等也都沒有EMC性能的概念。某火電廠EMC試驗要求如表1所示,。從表1中可以看到,，只有三項試驗，并且試驗等級都適中,，沒有采用較嚴(yán)苛的等級,。

       對于EMC抗擾度試驗來說針對于工業(yè)環(huán)境的無源設(shè)備,特別是安全性要求極高的核電廠,應(yīng)當(dāng)盡量選取所有可以測試的項目，以驗證其電磁兼容性能,。IEC 61000-4系列抗擾度試驗項目如表2所示,。其中,列出了所有無源設(shè)備的IEC 610004系列的抗擾度試驗項目。

2.3熱電阻儀表的EMC等級確認(rèn)與試驗驗證
       考慮到核電廠將安全性和可靠性放在首位,所以針對應(yīng)用于核電廠中的熱電阻儀表,EMC抗擾度的試驗等級應(yīng)相對嚴(yán)苛,。選取對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中的高等級來進行檢測,。核電廠熱電阻儀表抗擾度試驗項目及測試等級如表3所示

      在實際檢測過程中,所有熱電阻儀表需要連接二次儀表。如果沒有二次儀表,，則需連接模擬源,，以實時監(jiān)測其阻值是否與當(dāng)時的檢測環(huán)境溫度相匹配。在檢測中發(fā)現(xiàn),有些廠家的熱電阻儀表還是有部分問題產(chǎn)生,。綜合多次檢測的結(jié)果,，總結(jié)得出如下兩點引起檢測失敗的原因。
①在進行IEC 6100042 靜電放電抗擾度與IEC 610004-3電場輻射抗擾度試驗時,，某些廠家的熱電阻儀表另一.端的二次儀表顯示溫度會有突變,。經(jīng)過分析,在確認(rèn)二次儀表監(jiān)測部分不直接受到干擾的情況下，發(fā)現(xiàn)這些熱電阻儀表外殼縫隙較大,，或者接地不良好,，甚至有些熱電阻儀表未考慮接地,沒有引出接地線接地。這使得干擾從縫隙進入儀表內(nèi)部或者累積存留于殼體.上,而未從大地導(dǎo)出,，影響檢測結(jié)果,。
②在進行IEC61000-44電快速瞬變脈沖群抗擾度互連線的試驗時，發(fā)現(xiàn)某些廠家未使用雙絞線或者屏蔽線的熱電阻儀表在試驗中監(jiān)測顯示也會有偏移或突變等現(xiàn)象,。當(dāng)換上質(zhì)地良好的屏蔽線后,，監(jiān)測顯示的溫度值基本無變化。由此可以判斷,，良好的屏蔽線會阻礙干擾并直接導(dǎo)入大地,。
      綜合.上述理論分析與試驗結(jié)果,可以針對核電廠熱電阻儀表得出如下結(jié)論,。首先，試驗項目需要全覆蓋,，以確?？赡芤鸶蓴_的EMC問題都被檢測到。其次,，考慮到核電廠的特殊性尤其是安全性，EMC的試驗等級選取標(biāo)準(zhǔn)中推薦的高等級,。最后,，通過在部分試驗中發(fā)現(xiàn)的問題和整改結(jié)果，闡明了核電廠熱電阻儀表EMC鑒定的必要性,。
3結(jié)束語
       目前,，國內(nèi)核電廠堆型多樣化，國內(nèi)針對核電廠儀.控設(shè)備也未制定相應(yīng)的EMC國家標(biāo)準(zhǔn),。在核電廠EMC設(shè)備鑒定中,，無源儀表的EMC試驗上不完善。本文經(jīng)過理論研究與分析,，選擇了具代表性的無源儀表之一的熱電阻儀表,提出并驗證了熱電阻儀表的EMC性能和其檢測必要性,。核電廠的安全要求嚴(yán)苛,希望通過這樣的理論與試驗驗證，為國家后續(xù)的核電廠設(shè)計驗收等提供寶貴的經(jīng)驗,。