陳云龍, 徐 芬

(國核工程有限公司， 上海 200233)

電磁兼容性(EMC) 是指設(shè)備或系統(tǒng)在電磁環(huán)境中符合要求運行而不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力，主要包括：(1)設(shè)備在正常運行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值;(2)設(shè)備對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度,即電磁敏感性[1]。

對于AP1000核電設(shè)備的EMC測試，電廠設(shè)計方遵循美國核管會[2]的導(dǎo)則Regulatory Guide 1.180[3]，并將EMC測試要求擴展到非核級通電設(shè)備，而不僅局限于安全相關(guān)的儀控設(shè)備?？紤]到非核級通電設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾可能會影響相關(guān)設(shè)備，設(shè)計方在EMC測試要求上的這種擴展是合理且必要的。

國內(nèi)對儀控設(shè)備的EMC測試有一定的經(jīng)驗，但是對閥門的EMC測試少有研究。筆者以電動閥為例介紹核電廠閥門的EMC測試，為其他須要進行EMC測試的閥門提供參考和指導(dǎo)。

1 試驗設(shè)備

試驗的受試設(shè)備為電動閥，該閥門除執(zhí)行機構(gòu)為電氣部件外，其他部件均為機械部件，且對EMC測試無影響，所以對電動執(zhí)行機構(gòu)單獨進行EMC測試。受試的執(zhí)行機構(gòu)型號為2HA3031，供電要求為三相交流380 V/ 50 Hz, 工作環(huán)境溫度為5～65 ℃, 工作環(huán)境濕度為0%～100%, 防護等級為IP67,轉(zhuǎn)速為56 r/min, 轉(zhuǎn)矩為160～500 N·m, 電動機功率為4 kW, 絕緣等級為H級, 額定電流為8.8 A, 功率因數(shù)為0.86。

電動執(zhí)行機構(gòu)是過程控制系統(tǒng)中各類電動閥門的驅(qū)動裝置，用以控制閥門的開啟和關(guān)閉，適用于閘閥、截止閥、隔膜閥等閥門，可以準確地按控制指令動作，實現(xiàn)對閥門的遠控、集控和自動控制。

電動執(zhí)行機構(gòu)主要部件見圖1，由驅(qū)動電動機、帶手輪的蝸輪蝸桿主傳部分、開關(guān)及信號組件等部件組成。電動執(zhí)行機構(gòu)通過電動機輸出動力，通過蝸桿傳至蝸輪，最終傳至輸出軸和閥桿，使閥桿上下移動，并通過行程和轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)控制閥門的開啟和關(guān)閉。所包括的電氣設(shè)備及其附件為電動機、行程開關(guān)(部件7的子部件)、轉(zhuǎn)矩開關(guān)(部件12的子部件)。

1—電動機；2—手動機構(gòu)；3—蝸輪；4—輸出軸；5—蝸桿；6—機械位置指示器；7—信號齒輪組件；8—行程控制計算器機構(gòu)；9—接線部分；10—碟簧；11—轉(zhuǎn)矩曲拐；12—轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)；13—行程軸

2 EMC測試及性能驗證

2.1 電動執(zhí)行機構(gòu)EMC測試

電動機電磁干擾主要指繞組中突變磁場和換向器與電刷之間產(chǎn)生的火花放電。這些干擾的電磁波頻率為10 Hz～1 000 MHz， 其頻帶很寬， 場強為垂直極化和水平極化， 場強與頻率基本是正態(tài)分布。電動機的干擾脈沖峰值幅度與電動機的典型結(jié)構(gòu)、正常工作的負載、繞組絕緣的老化、換向器與電刷之間的間隙及設(shè)備磨損等因素有關(guān)[4]。

在閥門的控制方面，主要測試在電磁場干擾下，行程和轉(zhuǎn)矩開關(guān)是否誤動作。

根據(jù)Regulatory Guide 1.180和電廠設(shè)計要求，可以確定電動執(zhí)行機構(gòu)的試驗項目、試驗標準和應(yīng)用對象等信息，其中涉及到美國電磁兼容標準MIL-STD-461E[5]和國際電工委員會系列商用電磁兼容標準。具體測試內(nèi)容見表1(根據(jù)IEC61000-4系列標準，EMC測試結(jié)果的判定分為4類：a類，在制造商、委托方或用戶規(guī)定的限值內(nèi)性能正常；b類，功能或性能暫時降低或喪失，但能自行恢復(fù)；c類，功能或性能暫時降低或喪失，但需操作者干預(yù)或系統(tǒng)復(fù)位；d類，因損壞而不可恢復(fù)的功能降低或喪失)。

表1 測試的試驗項目和試驗標準

表1(續(xù))

在EMC測試前，電動執(zhí)行機構(gòu)進行了功能測試，驗證功能正常后開始測試。

受試設(shè)備首先進行了發(fā)射試驗，主要試驗設(shè)備有接收機、信號發(fā)生器、人工電源網(wǎng)絡(luò)、示波器、電流探頭、磁場接收線圈、棒狀有源天線、雙錐天線、雙脊喇叭天線、喇叭天線、3 m法改進型半電波暗室。

表2列出了EMC發(fā)射試驗的試驗方法和試驗參數(shù)。

表2 EMC發(fā)射試驗中的方法和參數(shù)

在完成發(fā)射試驗后，受試設(shè)備進行了表3中的抗擾度試驗。試驗中使用的主要設(shè)備有連續(xù)波模擬器、2線或4線耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)、電磁鉗、信號發(fā)生器、功率計、人工電源網(wǎng)絡(luò)、功率放大器、磁場線圈、屏蔽室Ⅰ、外磁場試驗裝置、超小型傳導(dǎo)抗干擾信號模擬器、阻尼振蕩波模擬器、激光場強探頭、雙錐天線、雙脊喇叭天線、三相多功能可編程交流/直流電源，三相諧波閃爍分析儀，三相閃爍阻抗和3 m法改進型半電波暗室。

表3 EMC抗擾度試驗的方法和參數(shù)

最后，對受試設(shè)備進行了靜電放電、浪涌試驗和電快速瞬變脈沖群試驗。主要試驗設(shè)備有屏蔽室II、靜電放電發(fā)生器、超小型傳導(dǎo)抗干擾信號模擬器和阻尼振蕩波模擬器。試驗方法和參數(shù)見表4。

表4 最后進行EMC試驗的方法和參數(shù)

在EMC測試中和測試后，受試執(zhí)行機構(gòu)無誤動作，可正常運行，行程控制機構(gòu)有效，行程開關(guān)、轉(zhuǎn)矩開關(guān)工作正常，機械位置指示器指示正確。

2.2 EMC試驗后的性能驗證

對于安全相關(guān)閥門，受試設(shè)備應(yīng)選取表1a類判定標準。

對于非安全級閥門，試驗委托方或用戶需要根據(jù)對閥門的功能要求確定選擇何種判定標準。

本次受試設(shè)備為非安全級閥門的電動執(zhí)行機構(gòu)，根據(jù)核電廠設(shè)計方要求，該設(shè)備需要滿足b類判定標準。

根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)檢測規(guī)程，受試設(shè)備首先進行了外觀檢查、潤滑劑檢查、絕緣電阻檢查和耐壓檢查等測試；在通過上述測試之后，對受試設(shè)備進行了功能檢測，包括空載檢查和轉(zhuǎn)矩及行程測試。

2.2.1 空載檢查

電動操作執(zhí)行機構(gòu)向順時針方向(右旋)和逆時針方向(左旋)各運行1 min，執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)無振動和撞擊聲，輸出軸的空載轉(zhuǎn)速應(yīng)符合54～60 r/min的要求；行程限制機構(gòu)計數(shù)器工作正常，無卡滯及停頓現(xiàn)象，無異常聲響；所配置的機械位置指示器應(yīng)正常工作，無停頓、滯后現(xiàn)象。

2.2.2 轉(zhuǎn)矩及行程測試

在0.9倍額定電壓條件下，測試執(zhí)行機構(gòu)在兩個方向的最大轉(zhuǎn)矩(即堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩)、最大控制轉(zhuǎn)矩(通過設(shè)置轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)得到轉(zhuǎn)矩開關(guān)動作時的最大轉(zhuǎn)矩)、最小控制轉(zhuǎn)矩(通過設(shè)置轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)得到轉(zhuǎn)矩開關(guān)動作時的最小轉(zhuǎn)矩)、轉(zhuǎn)矩重復(fù)偏差及行程重復(fù)偏差等性能。

根據(jù)測試結(jié)果，受試設(shè)備滿足檢測規(guī)程中的性能要求，可判定其滿足Regulatory Guide 1.180中基于b類判據(jù)的EMC測試要求。

3 EMC測試的注意事項

3.1 試驗內(nèi)容的確定

在設(shè)備進行EMC測試前，首先須要確定試驗項目、試驗標準、試驗參數(shù)和判定標準。通常，設(shè)備規(guī)范書或相關(guān)設(shè)計文件會明確上述內(nèi)容。若有未明確的內(nèi)容，應(yīng)與設(shè)計方溝通確認。

在明確判定標準的情況下，對于a類判據(jù)中“限值內(nèi)性能正?！钡木唧w內(nèi)容或受試設(shè)備在試驗中的異常情況，則需要EMC試驗機構(gòu)、設(shè)備原供方、電廠設(shè)計方和設(shè)備采購方進行聯(lián)合確認，以保證供貨產(chǎn)品能滿足電廠的設(shè)計和使用要求。

3.2 試驗順序

大部分EMC測試不會對樣品產(chǎn)生破壞作用，但靜電放電、浪涌試驗和電快速瞬變脈沖群可能損傷受試設(shè)備。通常，EMC 測試首先進行表1中第1～4項的發(fā)射試驗，隨后執(zhí)行表1中第5～8項的抗擾度試驗，最后是表1中第9項靜電放電試驗和第10～12項的浪涌試驗和電快速瞬變脈沖群試驗。

3.3 其他類型閥門的EMC測試

對于氣動閥，須要對定位器、壓力變送器等電氣設(shè)備進行EMC測試；對于電磁閥，須要對電磁執(zhí)行機構(gòu)進行EMC測試。

氣液聯(lián)動閥的執(zhí)行機構(gòu)包含電動機、電磁閥和壓力變送器等設(shè)備，可對氣液聯(lián)動執(zhí)行機構(gòu)整體進行EMC測試。這種測試方法不僅考慮了不同部件間電磁性能的相互影響，可驗證受試設(shè)備整體的EMC性能，同時也比分別對各部件進行試驗更高效。對于集成了電動機、電磁閥、定位器、位置變送器等部件的電液聯(lián)動閥，也優(yōu)先考慮對執(zhí)行機構(gòu)整體進行EMC測試。

對于氣液聯(lián)動或電液聯(lián)動等較大的執(zhí)行機構(gòu)，可對受試設(shè)備進行簡化，去除對EMC測試不影響或影響不大的部件[6]。

4 結(jié)語

核電廠閥門，特別是安全級閥門，對電廠安全至關(guān)重要。因閥門的EMC會影響閥門的正常運行，目前EMC測試已被電廠設(shè)計方作為設(shè)計要求。筆者使用的試驗項目、試驗標準、性能驗證及測試方法等內(nèi)容可作為核電廠閥門進行EMC測試的參考，有助于在國內(nèi)開展核電廠閥門的EMC測試和相關(guān)研究，以保障核電廠安全和穩(wěn)定地運行。