AGM溫度變送器抗干擾測(cè)試及改進(jìn)

岳春生，劉 陽(yáng)

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

AGM HPM 4003-20 RTD型（以下簡(jiǎn)稱(chēng)AGM）溫度變送器為秦三廠典型儀表，輸出（4～20）mA電流信號(hào)，主要用于現(xiàn)場(chǎng)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(hào)、反應(yīng)堆調(diào)節(jié)系統(tǒng)堆內(nèi)鉑探測(cè)器中子測(cè)量校準(zhǔn)用反應(yīng)堆出/入口集管溫差信號(hào)、主泵上軸承高溫跳車(chē)保護(hù)信號(hào)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(guò)輸出信號(hào)異常波動(dòng)、觸發(fā)安全系統(tǒng)通道高報(bào)的問(wèn)題，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)排查，初步判斷儀表抗干擾能力可能存在不足。

針對(duì)上述問(wèn)題，選取主要使用的4種測(cè)量范圍的AGM溫度變送器備件樣品各一臺(tái)（表1），進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室抗干擾測(cè)試，取得量化數(shù)據(jù)。

表1 AMG溫度變送器清單

1 測(cè)試方案

1.1 測(cè)試電路搭建

根據(jù)AGM變送器工作原理（圖1）搭建測(cè)試電路，用精密電阻箱模擬輸入電阻信號(hào)，4臺(tái)樣品按表2調(diào)校。

1.2 抗干擾性能測(cè)試

測(cè)試原則為先做無(wú)損或微損試驗(yàn)，后做破壞性試驗(yàn)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，首先通過(guò)對(duì)電源側(cè)施加擾動(dòng)，評(píng)估樣品的抗擾動(dòng)性能，其次選擇工頻磁場(chǎng)以及靜電放電兩種抗干擾試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證樣品的電磁兼容性能。

圖1 AMG溫度變送器工作原理

1.2.1 電源側(cè)擾動(dòng)測(cè)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(cè)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(cè)量取樣電阻的電壓。

1.2.2 工頻磁場(chǎng)抗擾度測(cè)試

（1）試驗(yàn)方法。①工頻磁場(chǎng)模擬器的電流發(fā)生器與磁場(chǎng)線圈之間的距離不大于3 m，將一木桌作為試驗(yàn)臺(tái)置于磁場(chǎng)線圈中，調(diào)節(jié)支撐高度使被測(cè)儀表置于磁場(chǎng)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(chǎng)模擬器磁場(chǎng)強(qiáng)度為3 A/m，連續(xù)測(cè)試時(shí)間為300 s。改變磁場(chǎng)方向，使樣品分別處于三維坐標(biāo)系x，y，z三向工頻磁場(chǎng)下完成測(cè)試，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中監(jiān)測(cè)變送器的輸出信號(hào)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(cè)樣品輸出信號(hào)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(cè)樣品輸出信號(hào)是否存在擾動(dòng)。試驗(yàn)過(guò)程中，樣品應(yīng)無(wú)損壞。

表2 變送器調(diào)校表

（2）試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。GBT 17626.8—2006工頻磁場(chǎng)抗擾度試驗(yàn)。

（3）試驗(yàn)儀器。工頻磁場(chǎng)模擬器。

1.2.3 靜電放電抗擾度測(cè)試（外殼對(duì)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。接地參考平面的最小尺寸為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(tái)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(jí)增加，并監(jiān)測(cè)樣品輸出信號(hào)，至發(fā)現(xiàn)輸出信號(hào)出現(xiàn)擾動(dòng)為止，且試驗(yàn)電壓不再繼續(xù)增加。若達(dá)到上述最大電壓等級(jí)時(shí)，仍未發(fā)現(xiàn)擾動(dòng)現(xiàn)象，則說(shuō)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(cè)樣品輸出信號(hào)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(cè)樣品輸出信號(hào)是否存在擾動(dòng)。試驗(yàn)過(guò)程中，樣品應(yīng)無(wú)損壞。

（2）試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。GBT 17626.2—2006電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)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(cè)試

按照1.2.1節(jié)的測(cè)試方案對(duì)各樣品進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可見(jiàn)，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。

表3 電源側(cè)擾動(dòng)測(cè)試結(jié)果（輸入）

圖2 電源側(cè)掉壓測(cè)試結(jié)果

2.2 工頻磁場(chǎng)抗擾度測(cè)試

按照1.2.2節(jié)的測(cè)試方案對(duì)各樣品進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果相同。以1#樣品測(cè)試結(jié)果為例（圖3，時(shí)間單位是s，幅值單位是V），可見(jiàn)磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)方向?qū)悠份敵鼋Y(jié)果沒(méi)有影響。

圖3 1#樣品工頻磁場(chǎng)抗擾度測(cè)試結(jié)果

2.3 靜電放電抗擾度測(cè)試

按照1.2.3節(jié)的測(cè)試方案對(duì)各樣品進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果相同。以1#樣品為示例進(jìn)行說(shuō)明。電阻箱電阻為100 Ω，取樣電阻為150 Ω，在未處理前對(duì)外殼施加4 kV靜電，輸出結(jié)果見(jiàn)圖4。從圖4可見(jiàn)，樣品輸出信號(hào)產(chǎn)生了近300%擾動(dòng)。擾動(dòng)從3.374 s開(kāi)始，3.442 s結(jié)束，持續(xù)時(shí)間為0.068 s。

經(jīng)測(cè)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(duì)1#樣品進(jìn)行處理，打磨掉接縫處、調(diào)?？滋幰约暗鬃菟ㄟB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(jiàn)圖5。之后通過(guò)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(duì)樣品外殼施加4 kV靜電，輸出結(jié)果見(jiàn)圖7，從中可見(jiàn)經(jīng)以上處理后，1#樣品的輸出信號(hào)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(kāi)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作，不能保證屏蔽完整性，因此繼續(xù)對(duì)1#樣品進(jìn)行處理:用錫箔紙包覆樣品整體并接地，效果見(jiàn)圖8。再次對(duì)樣品外殼施加4 kV靜電，輸出結(jié)果見(jiàn)圖9，從中可見(jiàn)1#樣品的輸出信號(hào)擾動(dòng)幅度繼續(xù)降低，減小到17.4%。擾動(dòng)從6.761 s開(kāi)始，6.789 s結(jié)束，持續(xù)時(shí)間約為0.028 s。

圖4 1#樣品靜電4 kV（未處理）測(cè)試結(jié)果

圖5 1#樣品外殼打磨

圖6 1#樣品上蓋與外殼連通并接地

將以上1#樣品的3次測(cè)試結(jié)果匯總見(jiàn)表4，從中可見(jiàn)，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(duì)1#樣品所做靜電測(cè)試結(jié)果具有代表性。

圖7 1#樣品靜電4 kV（整體接地）測(cè)試結(jié)果

圖8 1#樣品全屏蔽并接地

圖9 1#樣品靜電4 kV（錫箔紙全包覆）測(cè)試結(jié)果

表4 3種靜電放電對(duì)1#樣品輸出的影響

3 測(cè)試結(jié)論

（1）電源側(cè)電壓出現(xiàn)波動(dòng)，對(duì)AGM溫度變送器輸出影響明顯。

（2）磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)方向?qū)MG溫度變送器輸出無(wú)顯著影響，溫度變送器抗工頻磁場(chǎng)性能良好。

（3）未作處理前，靜電會(huì)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(duì)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(duì)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(duì)測(cè)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(jí)，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(duì)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(pán)柜中，盤(pán)柜接地，在盤(pán)柜門(mén)關(guān)閉狀態(tài)下，能夠?yàn)樽兯推魈峁┛雇鈦?lái)靜電干擾的屏蔽；在盤(pán)柜門(mén)開(kāi)啟狀態(tài)下，靜電干擾的主要來(lái)源是人體靜電，操作變送器前及過(guò)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(duì)變送器外殼有破壞性，電廠不需執(zhí)行2.3節(jié)所述對(duì)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。