摘 要：就秦山第三核電廠重水堆機(jī)組測控用 AGM 溫度變送器，從電源側(cè)擾動(dòng)、工頻磁場抗擾度和靜電放電抗擾度等 3 方面進(jìn)行 測試，得出儀表在抗電源擾動(dòng)和靜電干擾方面存在不足。基于靜電屏蔽理論，改進(jìn)外殼，提升儀表抗靜電性能。
引言
AGM HPM 4003-20 RTD 型（以下簡稱 AGM）溫度變送器 為秦三廠典型儀表，輸出（4～20）mA 電流信號，主要用于現(xiàn)場重 要設(shè)備/系統(tǒng)的控制，如 1# 停堆系統(tǒng)可編程比較控制器用慢化劑 溫度信號、反應(yīng)堆調(diào)節(jié)系統(tǒng)堆內(nèi)鉑探測器中子測量校準(zhǔn)用反應(yīng) 堆出/入口集管溫差信號、主泵上軸承高溫跳車保護(hù)信號等。在 機(jī)組調(diào)試及運(yùn)行期間，AGM溫度變送器曾發(fā)生過輸出信號異常 波動(dòng)、觸發(fā)安全系統(tǒng)通道高報(bào)的問題，經(jīng)現(xiàn)場排查，初步判斷儀 表抗干擾能力可能存在不足。 針對上述問題，選取主要使用的 4 種測量范圍的 AGM 溫 度變送器備件樣品各一臺（表 1），進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室抗干擾測試，取得量化數(shù)據(jù)。
1 測試方案
1.1 測試電路搭建 根據(jù) AGM 變送器工作原理（圖 1）搭建測試電路，用精密電 阻箱模擬輸入電阻信號，4 臺樣品按表 2 調(diào)校。
1.2 抗干擾性能測試
測試原則為先做無損或微損試驗(yàn)，后做破壞性試驗(yàn)。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際工況，shou先通過對電源側(cè)施加擾動(dòng)，評估樣品的抗擾動(dòng)性能，其次選擇工頻磁場以及靜電放電兩種抗干擾試驗(yàn)來驗(yàn)證樣 品的電磁兼容性能。
1.2.1 電源側(cè)擾動(dòng)測試
試驗(yàn)方法：將電阻箱電阻設(shè)置為 100 Ω，將電源電壓設(shè)置為40 V，待樣品輸出達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，測量取樣電阻（150 Ω）的電 壓，隨后將電源電壓切換至 12 V（模擬電源擾動(dòng)），測量取樣電 阻的電壓。
1.2.2 工頻磁場抗擾度測試
（1）試驗(yàn)方法。①工頻磁場模擬器的電流發(fā)生器與磁場線圈之間的距離不大于 3 m，將一木桌作為試驗(yàn)臺置于磁場線圈中，調(diào)節(jié)支撐高度使被測儀表置于磁場線圈中心位置。樣品按要求進(jìn) 行配置和連接，將電阻箱電阻設(shè)置為 100 Ω，處于正常工作狀態(tài)。設(shè)定工頻磁場模擬器磁場強(qiáng)度為 3 A/m，連續(xù)測試時(shí)間為 300 s。改變磁場方向，使樣品分別處于三維坐標(biāo)系 x，y，z 三向工頻磁場 下完成測試，實(shí)驗(yàn)過程中監(jiān)測變送器的輸出信號是否存在擾動(dòng)。 ②試驗(yàn)完成后，在上蓋與殼體之間的縫隙處涂覆屏蔽膠或屏蔽薄膜，再重復(fù)上述試驗(yàn)，并監(jiān)測樣品輸出信號是否存在擾動(dòng)。③試驗(yàn)完成后，在殼體絕緣漆打掉，使外殼接地，再重復(fù)上述試驗(yàn)，并監(jiān) 測樣品輸出信號是否存在擾動(dòng)。試驗(yàn)過程中，樣品應(yīng)無損壞。
（2）試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。GBT 17626.8—2006 工頻磁場抗擾度試驗(yàn)。
（3）試驗(yàn)儀器。工頻磁場模擬器。
1.2.3 靜電放電抗擾度測試（外殼對地）
（1）試驗(yàn)方法。①實(shí)驗(yàn)室的地面應(yīng)鋪設(shè)一塊厚度至少為0.25 mm 的鋁或銅金屬板作為接地參考平面，也可使用其他金屬材料，但厚度至少0.65 mm。接地參考平面的#小尺寸為 1 m2。接地參考平面的四周至少應(yīng)超出儀表或耦合板0.5 m，并應(yīng)與保護(hù)接地系統(tǒng)相連。試驗(yàn)臺為一個(gè)放在接地參 考平面上 0.8 m 高的木桌，放在桌面上的水平耦合板面積為1.6 m×0.8 m，垂直耦合板面積為 0.5 m×0.5 m。樣品應(yīng)按要求進(jìn)行配置和連接，處于正常工作狀態(tài)，并應(yīng)用 0.5 mm厚的絕緣襯墊與水平耦合板絕緣。樣品與實(shí)驗(yàn)室除接地參考 平面外的四壁和其他金屬結(jié)構(gòu)之間必須有至少 1 m 的間 距。靜電放電發(fā)生器的放電回路應(yīng)以低電阻方式連接接地參 考平面。靜電放電試驗(yàn)包括直接放電和間接放電兩種方式， 直接放電包括接觸放電和空氣放電，間接放電為耦合板放 電。靜電施加于樣品操作人員可能觸及到的地方，有金屬的部分選擇接觸放電，不能使用接觸放電的部分選擇空氣放 電。接觸放電試驗(yàn)電壓應(yīng)從 4 kV，6 kV，8 kV（空氣放電應(yīng)2 kV，4 kV，8 kV，15 kV）逐級增加，并監(jiān)測樣品輸出信號， 至發(fā)現(xiàn)輸出信號出現(xiàn)擾動(dòng)為止，且試驗(yàn)電壓不再繼續(xù)增加。若達(dá)到上述#大電壓等級時(shí)，仍未發(fā)現(xiàn)擾動(dòng)現(xiàn)象，則說明樣 品抗干擾能力滿足要求。試驗(yàn)應(yīng)以單次放電的方式進(jìn)行。在 預(yù)選點(diǎn)上，至少施加 10 次單次放電（每一極性）。連續(xù)單次放 電之間的時(shí)間間隔至少為 1 s。②試驗(yàn)完成后，在上蓋與殼 體之間的縫隙處涂覆屏蔽膠或屏蔽薄膜，重復(fù)上述試驗(yàn)，并監(jiān)測樣品輸出信號是否存在擾動(dòng)。③試驗(yàn)完成后，在殼體絕 緣漆打掉，使外殼接地，重復(fù)上述試驗(yàn)，并監(jiān)測樣品輸出信號 是否存在擾動(dòng)。試驗(yàn)過程中，樣品應(yīng)無損壞。
（2）試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。GBT 17626.2—2006 電磁兼容試驗(yàn)和測量技 術(shù)—靜電放電抗擾度試驗(yàn)。
（3）試驗(yàn)儀器。靜電放電模擬器。
2 試驗(yàn)結(jié)果
2.1 電源側(cè)擾動(dòng)測試
按照 1.2.1 節(jié)的測試方案對各樣品進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表 3。從表 3 可見，當(dāng)電源電壓由 40 V 切換為 30 V 時(shí)，樣品輸出 發(fā)生掉壓現(xiàn)象，電壓變化情況如圖 2 所示，其中，時(shí)間單位是 s，幅值單位是 V。
2.2 工頻磁場抗擾度測試
按照 1.2.2 節(jié)的測試方案對各樣品進(jìn)行測試，測試結(jié)果相 同。以 1# 樣品測試結(jié)果為例（圖 3，時(shí)間單位是 s，幅值單位是 V），可見磁場強(qiáng)度、磁場方向?qū)悠份敵鼋Y(jié)果沒有影響。
經(jīng)測試，樣品 上蓋整體為非金屬材料，外殼底座雖 為金屬材料，但表 面涂敷了絕緣漆， 因此未構(gòu)成完整的 屏蔽。對 1# 樣品進(jìn) 行處理，打磨掉接 縫處、調(diào)校孔處以及底座螺栓連接處 的絕緣漆，使樣品 上蓋、外殼及底座全部連通，處理后的效果見圖 5。之后通過錫 箔紙將上蓋與外殼連通，使樣品初步形成完整的屏蔽，并將外殼 接地（圖 6）。
第二次對樣品外殼施加 4 kV 靜電，輸出結(jié)果見圖 7，從中 可見經(jīng)以上處理后，1# 樣品的輸出信號擾動(dòng)幅度大幅降低，但依 然存在近 100%擾動(dòng)。擾動(dòng)從 1.605 s 開始，1.65 s 結(jié)束，持續(xù)時(shí)間約為0.045 s。
經(jīng)進(jìn)一步分析，樣品打磨、錫箔連通上蓋與外殼均為手工操4作，不能保證屏蔽完整性，因此繼續(xù)對 1# 樣品進(jìn)行處理：用錫箔紙包覆樣品整體并接地，效果見圖 8。再次對樣品外殼施加 4 kV靜電，輸出結(jié)果見圖 9，從中可見 1# 樣品的輸出信號擾動(dòng)幅度繼續(xù)降低，減小到 17.4%。擾動(dòng) 從 6.761 s 開 始，6.789 s 結(jié) 束，持續(xù)時(shí)間約 為 0.028 s。
將以上 1# 樣品的 3 次測 試結(jié)果匯總見 表 4，從中可 見，完整的屏 蔽與良好的接地是提高抗 靜電性能的重要手段，靜電 干擾的擾動(dòng)幅值和持續(xù)時(shí) 間跟屏蔽效果直接相關(guān)，屏 蔽效果越好，擾動(dòng)幅度越 小、持續(xù)時(shí)間越短。
1#～4# 樣品為廠家標(biāo)準(zhǔn) 產(chǎn)品，外殼材料和結(jié)構(gòu)相同，以上對 1# 樣品所做靜電測試結(jié)果具有代表性。
3 測試結(jié)論
（1）電源側(cè)電壓出現(xiàn)波動(dòng)，對 AGM 溫度變送器輸出影響明顯。
（2）磁場強(qiáng)度、磁場方向?qū)?AMG 溫度變送器輸出無顯著影 響，溫度變送器抗工頻磁場性能良好。
（3）未作處理前，靜電會顯著 AGM 溫度變送器輸出，擾動(dòng) 幅度近 300%；外殼整體接地后，靜電對變送器輸出影響降低，但擾動(dòng)幅度仍近 100%；用錫箔紙全包覆后，靜電對變送器輸出 影擾動(dòng)響降低至不足 20%。綜上，AGM 溫度變送器抗靜電干擾能力不足。
4 性能改進(jìn)
針對測試結(jié)論，結(jié)合電廠實(shí)際，就 AGM 溫度變送器的抗干 擾性能提升做如下分析和改進(jìn)。
（1）工作電源的穩(wěn)定性。AGM 溫度變送器使用的 40 V 工作電源為電廠典型電源，壓力、液位、流量等儀表均使用該電源。設(shè) 計(jì)上，40 V 電源供電母線為安全級，電源硬件有冗余列，40 V電源穩(wěn)定供電有保障，電廠不需對因電源波動(dòng)而影響 AGM 溫 度變送器輸出的情況做處理。
（2）外殼的抗靜電性。AGM 溫度變送器安裝在金屬材料的 盤柜中，盤柜接地，在盤柜門關(guān)閉狀態(tài)下，能夠?yàn)樽兯推魈峁┛雇鈦盱o電干擾的屏蔽；在盤柜門開啟狀態(tài)下，靜電干擾的主 要來源是人體靜電，操作變送器前及過程中，電廠人員需做好 靜電消除措施，該要求落實(shí)到相應(yīng)維修規(guī)程或操作票中。因?qū)I(yè)性強(qiáng)、操作復(fù)雜且對變送器外殼有破壞性，電廠不需執(zhí)行2.3 節(jié)所述對變送器外殼上蓋、接縫、底座等部分進(jìn)行屏蔽完 整性提升的操作。
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