一種解決微弱信號在傳輸過程中受到電磁干擾的方法

胡純

（大亞灣核電運營管理有限責(zé)任公司，廣東 深圳 518124）

1 故障現(xiàn)象簡述

圖1 電纜布置示意圖

大亞灣核電廠堆外中子測量系統(tǒng)（簡稱RPN），測量的是反應(yīng)堆堆外中子通量。該系統(tǒng)信號傳輸回路包括從現(xiàn)場探頭出來六路用于傳輸探頭信號的信號電纜；一路用于給探頭提供電源的高壓電纜；一路備用信號電纜，如圖1所示。其中從探頭送出六段信號電纜傳輸?shù)男盘柎蠹s1mA，經(jīng)傳輸后到控制（模擬設(shè)備）機柜；高壓電纜為傳感器提供工作電壓，其電壓由機柜的電源模塊將220V交流電壓變換成600V直流電壓后經(jīng)電纜給探頭提供直流電壓。8根同軸電纜均為三層屏蔽電纜，三層屏蔽層均連接在一起，8根電纜的屏蔽層在探頭側(cè)均連接在一起，六路信號電纜和一路備用電纜在機柜側(cè)通過濾波電容接地，另一路給探頭供電的電源電纜在機柜側(cè)直接接地。

在正常使用時，發(fā)現(xiàn)第1根電纜芯—屏信號出現(xiàn)隨機異常毛刺后，通過接入高精度記錄儀發(fā)現(xiàn)第1根電纜的芯—屏信號存在無規(guī)律的脈沖毛刺，毛刺幅值約50mV，脈寬約2ms。如圖2所示：

圖2 第1根電纜上出現(xiàn)的毛刺

2 故障原因分析

第1根電纜有三層屏蔽層，屏蔽層均連接在一起，通過終端機柜的濾波電容接地。正常情況下，屏蔽層對地電壓約40mV，當(dāng)脈沖毛刺出現(xiàn)時，屏蔽層對地電壓變?yōu)?0mV。脈沖毛刺消失后，屏蔽層對地電壓也隨之恢復(fù)正常。

將隨著第1根電纜一起布置的備用電纜（終端機柜未連接任何設(shè)備）接入記錄儀，也能發(fā)現(xiàn)有同樣的毛刺出現(xiàn)。在機柜內(nèi)將備用電纜的屏蔽層接地后，備用電纜上的隨機毛刺未再出現(xiàn)。將第1根電纜的屏蔽層接地后，毛刺也未再出現(xiàn)。

基于此，我們分析認為第1根電纜上的脈沖毛刺是一種電磁干擾。

結(jié)合RPN系統(tǒng)的信號電纜傳輸路徑和終端機柜的周邊環(huán)境分析，產(chǎn)生電磁干擾的可能原因有以下幾方面：

第一，地電位干擾造成其傳輸回路受到干擾。

RPN系統(tǒng)電纜路徑中存在高壓一次設(shè)備、低壓二次設(shè)備，電壓等級從幾十千歐到幾毫歐，因此導(dǎo)致低壓類儀控設(shè)備容易受到干擾。

地電位干擾產(chǎn)生的原因主要表現(xiàn)在：①雷擊時產(chǎn)生的雷電電流流入接地網(wǎng)引起接地網(wǎng)局部地電位升高而產(chǎn)生干擾；②系統(tǒng)接地短路時產(chǎn)生的大電流經(jīng)接地裝置時引起接地點和鄰近點地電位升高而產(chǎn)生干擾；③高壓電路中絕緣擊穿和火花間隙放電引起的地電位干擾。

第二，接地不良導(dǎo)致其傳輸回路受到干擾。

屏蔽層接地不良會導(dǎo)致屏蔽層接地電阻增大，使得電磁干擾泄放到接地網(wǎng)的能力降低，因此使干擾信號直接耦合到信號回路，導(dǎo)致信號傳輸過程受到脈沖干擾。

為了驗證這種分析，我們選取受到干擾的第1根電纜和未受干擾的第2根電纜，同時斷開它們的上游信號，在斷開處的屏蔽層注入1000V脈沖信號，在機柜內(nèi)分別測量第1根和第2根電纜的芯—屏、屏—地、芯—地電壓，得到如下數(shù)據(jù)：

表1

其等效電路如下圖3：

圖3

通過電路分析，流過屏蔽層的電流與電纜屏蔽層對地的阻抗有關(guān)，而第1根電纜芯-屏之間的感應(yīng)電壓直接由流過電纜屏蔽層的電流決定。由于外界施加的脈沖一樣，在正常情況下第1根和第2根電纜在機柜內(nèi)測到的屏—地、芯—地、芯—屏電壓應(yīng)該是一致的，實際上測量得到第1根和第2根電纜的芯-屏之間的差別比較大，說明在現(xiàn)場實驗過程中第1根電纜的屏蔽層中流過的電流比第2根電纜屏蔽層中流過的電流小，最主要的原因是第1根電纜的屏蔽層對地的阻抗比較大，導(dǎo)致這種情況的原因可能是第1根電纜的屏蔽層的接地不良導(dǎo)致其接地阻抗增加。

根據(jù)以上分析，基本可以斷定第1根存在電纜屏蔽層接地不良的情況。產(chǎn)生接地不良的原因有：屏蔽層在機柜內(nèi)部接地處接頭松動或腐蝕導(dǎo)致屏蔽層與大地接觸不良。

3 電磁干擾的解決方法

判斷RPN系統(tǒng)第1根電纜存在接地問題后，我們做了如下兩個工作：

①將原來在機柜內(nèi)部屏蔽層的接地銅線替換成接地銅排；

②在上游注入信號的屏蔽層位置增加了濾波電容接地（容量與機柜內(nèi)接地濾波電容的容量一致）。

之后重新對第1根電纜的芯—屏信號進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)脈沖毛刺未再出現(xiàn)。

4 結(jié)語

通過本次電磁干擾的故障處理可以看出，增加信號電纜屏蔽層接地、采用兩端接地能夠減少外界電磁干擾對信號傳輸?shù)挠绊憽＿@也符合工程上屏蔽電纜的接地原則。