李姜宏 黄智俊 徐建宁
广西壮族自治区防雷中心 530022
摘要：在科技不断发展进步的新时代，一些先进的仪器系统开始受到社会各个领域的追捧，核电站建设也不例外，开始向数字化、自动化方向发展。DCS系统作为一种新型仪表控制系统逐渐被广发应用于核电站。但是，核电站内有许多大型设备，其雷电防御能力均较弱，DCS系统一旦遭遇雷电侵袭，势必会引发仪器故障，从而导致核电站无法安全、稳定运行。因此，加强核电站DCS系统防雷设计工作就显得尤为重要。本文首先阐述了雷电对 DCS 系统的危害，并探讨了核电站DCS系统设计要点，以供相关人士参考。
关键词：雷电；核电站；DCS 系统；危害；防雷设计；
引言
雷电是我国大多数地区经常会出现的一种气象灾害，其具备突发性强、危害性大的特征，经常会给建筑物、电子仪器设备系统以及人们生命财产安全带来十分严重的威胁。近年来，随着科技的不断发展进步，大量先进的仪器系统开始受到社会各个领域的追捧，核电站建设也不例外，开始向数字化、自动化方向发展。DCS系统是一种以微处理器为基础，采用控制功能分散显示、操作集中、兼顾分而自治以及综合协调的设计原则的仪表控制系统，还可以称之为分散控制系统或者集散控制系统。DCS系统目前在核电站中广泛应用，成为核电站不可或缺的重要组成部分，它可以把各种传感器得到的数据传送到控制器，并且将控制指令传送到执行器，还能够实现对控制逻辑的修改等操作。但是，核电站内有许多大型设备，其雷电防御能力均较弱，DCS系统一旦遭遇雷电侵袭，势必会引发仪器故障，从而导致核电站无法安全、稳定运行[2]。因此，加强核电站DCS系统防雷设计工作就显得至关重要。本文通过对阐述雷电对核电站DCS系统的危害性，总结了核电站DCS系统防雷设计要点，以进一步提升核电站DCS系统防雷水平，确保核电站可以安全、稳定运行。
1 雷电对核电站 DCS 系统的危害
1.1雷电入侵途径
1.1.1地电位反电压
地电位反击电压能够高达数万伏，这在监视和控制点不集中的过程系统中比较普遍。当发生雷击时，将形成较强的雷电流，这些雷电流能够凭借接地体、引下线进入大地。换句话说，在接地体周边区域会分布径向电位。当附近有其他接地体连接到电子设备的时候，便会产生高压接地电位反击，从而对DCS系统造成危害。
1.1.2浪涌电压
一般来说，DCS系统不会因直击雷而受到损坏，但在电源、信号或者通信线路中由雷电电磁脉冲感应的浪涌电压以及雷电感应的高电压会而使得DCS损坏，究其主要因素市电压波形非常不均匀，从而对DCS系统带来冲击。具体而言，一是因为信号源的广泛扩展，DCS系统在抵抗雷电入侵方面远没有以往强大。二是DCS系统卡的内部集成度太高，使得设备承受高压和大电流的能力较差，无法较好地承受感应雷、电压浪涌等雷击。
1.2具体危害
通常情况下，大部分核电站建筑物在楼顶均布设了直接雷防护装置，核电站的DCS系统主要位于钢筋混凝土结构下。因此，雷电对核电站DCS系统的危害大都是电涌侵入、电磁感应方面。雷电对核电站DCS系统具体危害：第一，若雷云经过核电站的DCS控制室，雷云之间释放的大量电荷便会形成雷电。雷电波的电磁辐射会对DCS 控制室中的电路以及电子组件造成直接干扰，严重时会导致损坏。第二，若DCS控制室附近出现雷击，感应的电压将在周围的线路和管道上产生感应电压。这些超负荷的线路和管道若经过DCS控制室，其电子组件将被损坏。第三，若DCS控制室所处建筑物的屋顶上的防雷装置遭受雷电危害，则瞬时的雷电流也会影响包括DCS控制室在内的整个建筑物的电子仪器信息系统。
2核电站 DCS 系统防雷设计要点
2.1直击雷防护设计要点
在核电站防雷工程设计的时候，防雷技术人员应充分思量DCS系统的直击雷防护设计雷要点，建立健全外部防雷保护系统，并且按照《建筑物防雷设计规范》布设接闪装置，以确保直接雷击不会危害到建筑物和DCS系统。 此外，为了更好地防止雷电直接攻击DCS系统或DCS系统所在建筑物有关的电缆，有必要结合实际情况进行认真分析，尝试选择构建DCS系统，要尽量把DCS 控制室布设于附近高楼区域，并采取科学合理的直击雷防御措施。
2.2信号传输线路和通讯电缆防雷设计要点
若信号传输线与通信电缆连接到室外（例如DCS信号检测电路），则在雷雨天气下，雷电极易在电路中产生较强的浪涌并导致进入房间内部。所以，如果要对这部分信号电路进行保护，我们需要充分思量电缆的连接方式以及电路信号的工作频率、工作电压以及负载电流，并采用串联型信号电涌保护器（SPD）来保护电路，这样不仅能够确保DCS系统的正常、安全运行，而且了简化了项目的操作。通信传输线一般装设在户外高空，因此需使用宽、高且工作电压较低的防雷装置，信号传输线需要配备高能量，易于安装的避雷装置[2]。此外，在交叉设备之间的信号点处布设屏蔽线，并将其等电位连接至DCS系统的接地。
2.3消除地面回路的设计要点
2.3.1 等电位联结
等电位联结是将建筑物中各电气装置与其他装置外露的金属及可电部分与人工亦或者自然接地体和导体连接起来，以达到减少电位差的目的。核电站 DCS 系统需进行等电位连接的部分涵盖“三台”以及“五柜”， “三台”主要指的是操作台、打印台以及设有屏蔽地接地汇流排的手操盘台。“五柜”指的是服务器柜、继电器柜、UPS 柜、配电柜以及设置了屏蔽地接地汇流排的仪表柜。
2.3.2 共用接地
核电站DCS系统经常用到的接地方法是共用接地网。这种接地主要涉及到防雷接地以及安全接地。防雷接地主要包含2个要点。第一，DCS系统和仪器的防雷接地应同电气专业防雷接地系统共享，但不得与独立的防雷设备共享。第二，在DCS系统、仪器和信号线由室外进入房间后，若需建立防雷接地连接，则应实施防雷接地连接。专门为电气设备、人身安全提供的接地是DCS系统继电柜、仪表柜、配电柜、操作台和机柜以及其他电气设备的安全接地（即保护性接地），带电金属部件极易遭受雷击（或绝缘损坏），并且可能会伴随着高压，因此所有部件均必须安全接地。
2.4 安全空间设计要点
安全空间的设计主要涉及到系统线缆铺设安全间距以及仪表设备放置空间等，要利用针合理布线、屏蔽措施来满足安全空间的实际要求。为了尽可能降低雷电电磁脉冲在电子信息系统内形成的浪涌，需要采取线路合理布设、建筑物和设备屏蔽等相关措施。线缆合理布设主要涉及到两个方面的工作：一方面，在线缆路由走向布设的时候，需要减小由线缆本身带来的电磁感应环路；另一方面，线缆最好在金属管道、靠近等电位连接网络的金属部件亦或线槽内敷设，但应该与雷电防护区的屏蔽层保持一定的距离。
3结束语
综上所述，DCS系统作为核电站关键部分，一旦遭遇雷电侵袭，势必会引发仪器故障，从而导致核电站无法安全、稳定运行。所以，本文重点探究了核电站DCS系统防雷设计要点，从直击雷、感应雷防护等各个方面着手对核电站DCS系统进行防御，构建完善的防雷系统，更好的保障核电站DCS系统安全运行。
参考文献：
[1]陈怀宇，朱丰林，等.从综合防雷技术论核电站全厂防雷接地系统设计[J].电气应用，2013，22（14）：176-182
[2]苟国楷，黎国民，王群峰，等.核电站安全分级对 DCS 系统设计影响分析[J].核动力工程，2014，5（9）：123-128
作者简介：李姜宏(1977-)，男，汉族，广西桂林市全州县人，本科学历，气象电子工程师，从事防雷技术服务工作。