中国实验快堆核测量系统现场干扰问题的研究
曹杰，姚远”，孙晓福，单昊
（中国原子能科学研究院，北京102413：2.环境保护部核与辐安全中心，北京100082）
摘要：本文对中国实验快堆（CEFR）核测量系统调试中出现的电磁干扰现象进行了研究与总结，分析了干我可能的来源，并介绍了调试中针对不间类型的干扰所采取的解决措施，另外，介绍了快难核测量系统调试中进行的各项抗干扰试验.
关键词：干扰；核测量系统：抗干扰试验；CEFR
中面分类号：TL36文联标识码：A 文章编号：0258-0918(2014)01-0028-06
Investigation of the interference of CEFRneutron instrumentation system
CAO Jie' YAO Yuan SUN Xiao-fu' SHAN Hao
2. Nuclear and Radintion Sefety Center Beijing 100o82 China) (1. Chine Istitute of Atomic Energy Beijing 102413 Chine;
Abstract; The paper describes the interference phenomenon of CEFR neutroninstrumentation system(NIS) analyzes the possible source of the noise and introducesexperirments that have been carried out during missioning.
means of dealing with different kind of noise. In addition it concludes the anti-noise
Key words;interference;neutron instrumentation system:anti-noise experiment
核测量系统作为一个弱信号处理系统，由本文对CEFR现场电磁干扰的产生原因进行 了分析与研究，并介绍了相应的解决方案，以供参考.
于处理的信号非常微弱，极易受到干扰，面核测量系统同时又是反应堆保护系统的重要组成部分，直接关系到反应堆的安全运行，因此核测量系统的抗电磁干扰问题，历来是系统设计与现 场调试关心的重点.
1快堆核测量系统简介
快堆核测量系统设置为两列三通道结构，划分为源量程、中间量程和功率量程三个子监测系统.其中，源量程每列2通道，中间量程与
在中国实验快堆（CEFR）核测量系统的现场调试过程中，出现了严重的电磁干扰问题.
功率量程每列3通道.源量程和中间量程监测系统工作在脉冲工况，功率量程监测系统工作在电流工况，快堆核测量系统完成对快堆的核 功率及倍增周期的安全监测，是快堆保护系统
非常重要的组成部分.
图1所示， 源量程和中间量程监测系统的系统结构如
图1核测系统原理框图
Fig. 1 Prineiple block dingram of Neutron Instrunnentation System
长度约15m左右.由于探测器输出的电信号 探测器安装在测量孔道内，输出信号电缆比较微弱（0.1mV量级）.而主放大及信号处理部分电路安装在核岛厂房三层控制间内，距反应堆大厅比较远，探测器输出信号需要经过 150m长电缆传输，因此前置故大器安装在反应堆大厅，将探测器输出的信号放大到“V"量级，再经过长电缆传输到主放大器及后续信号处理部分.
探测器离堆芯距离远，探测器位置处的中子通 （1）钠冷快堆池式结构的特点，导致堆外量较压水堆低两个量级，系统更加敏感；
（2）快堆反应堆大厅的电磁设备众多：天车，品闸管调压控制的电加热设备，变频控制的 钠泵、风机等，步进电机控制的控制棒驱动机构等都是强干扰源：
（3）反应堆大厅整体的钢覆面作为一个导体，连通了许多大型设备.
探测器类型有所不同，主放大器的放大倍数略 源量程和中间量程监测系统因为选用的核有差别，系统甄别阔值均为0~5V连续可调.
监测系统出现很大噪声计数，通过调节甄别阔 干扰现象的具体表现在：无中子源情况下，值无法将噪声去掉，无源情况下，测得源量程前置放大器输出噪声幅度V-约为2.2V.而正常情况下，输出中子信号幅度通常仅为 0.6~0.8V，明显地，在这种噪声环境下，中子信号将被完全淹没，系统无法工作.
源量程监测系统：核探测器选用”B计数管，输出信号幅度200μV，前置放大器约4000 倍放大，主放大器5倍放大.
中间量程监测系统：核探测器选用裂变电离室，输出信号幅度100uV，前置放大器约4000倍放大，主放大器10倍放大.
1.2现象分析
对调试中出现的干扰现象进行分析，干扰境的干扰，二是来自系统内部的干扰，即电子线 可能的主要来源包括两方面，一是来自外部环路内部的干找，因此，主要从解决外部干扰，调整系统接地方式，及降低系统内部噪声三个方面人手，屏蔽外界干扰源的同时增强系统自身抗干扰能力，最终使系统可以在电磁干扰很强 的现场条件下正常工作.
功率量程监测系统由于工作在电流状态，在调试中未出现明显的干扰现象，此处不再详述.
1.1快堆的特点与电磁干扰现象
调试过程中，不可避免地出现了电磁干扰，但是 作为弱电流系统，快堆核测量系统在现场干扰现象的严重程度，远远超过了预期.分析原因主要是由快堆自身的特点造成的：
平行敷设，并且没有电缆屏藏盒.
2外部干扰的分析与解决
外部千扰影响系统工作主要通过以下三个空间的电磁干扰影响很大，在这样强的干扰下， 很明显地，核测量系统的信号传输电缆受途径：（1）干扰影响电缆；（2）通过地线引人干中子信号会严重畸变，甚至被淹没.为解决电缆受到干扰问题，采取的办法是调整电缆敷设属屏蔽层，利用金属屏蔽层的反射、吸收和趋肤 路径，保证必须避开干扰源，同时尽可能增加金效应来增强系统抗干扰能力，确保传输信号的完整性和准确性，从而实现抑制干扰的目的.
扰；（3）电源线上引人的干扰.
2.1电缆
电缆所受到的干扰场主要有低频段的电磁干扰（EMI）和射频干扰（RFT）两种.
EMI通常由电磁辐射发生源如马达和机器产生的，主要是低频段的干扰，快堆反应堆 大厅内的天车、电焊机、风机等，都可以成为电磁干扰的主要来源，
其体解决措施如下：
源：由于反应堆大厅（501大厅）电缆沟内，强电 （1）调整电缆走向与数设路径，避开干扰与弱电电缆之间没有屏蔽，我们重新设计了电缆的走向和路径，分通道独立敷设了核测量系电缆，弯角处用铁皮包裹，墙洞全部敷设铁管， 统由501大厅送至320/2、327房间的100余条保证电缆屏蔽盒外敷设保护地线并严格全程接地.
射频干扰RFI即是电磁波干扰，主要是高频干扰.
通过金属屏藏材料实现两个空间区城之间的隔 增强屏藏是解决空间干扰的最重要途径.离，利用屏蔽材料对电磁波起着反射与抵消的作用，减弱了电磁波的能量，从而控制了电磁场向外部的扩散.
（2）考虑到探测器输出信号电缆为铠装电缆，只包裹绝缘布，为了更好地屏蔽501大厅的上金属波纹管（铁材料），并将金属波纹管在前置放大器输入端接地.
有所不同.当干扰电磁场的额率较高时，由于强空间干扰，特别是调试期间各个用电设备产 针对不同频段的干扰，选用的屏藏材料也电的特性占主导地位，通常选择低电阻率的金生的低频EMI干扰，给探测器输出信号电缆套属材料，利用电阻中产生的涡流，抵消外来的电磁波：当干扰电磁波的额率较低时，要采用高磁防止扩散到屏蔽的空间去：如果要求对高额和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时，往往采信号地、屏蔽地和保护地三种.信号地即是信用不同的金属材料组成多层屏蔽体.
导率的材料，从面使磁力线限制在屏敲体内部，2.2地线
快堆核测量系统工作相关的接地种类包括号的零电位或传感器的地；屏蔽地是指设备外壳、模拟信号的屏蔽层的接地，屏蔽接地给高额 干扰信号形成低阻通路，是抑制噪声和防止干扰的重要接地手段：保护地是用于保护人员和设备不受伤害，地线会造成电路间的干扰，主应电势差会经过电源的正极线或信号线对各电 要以地环路干扰形式出现，地环路产生的感路进行干扰.而避免地电位差的形成是抑制干扰的关键，
明显的空间干扰现象： 快堆核测量系统调试中，观察到电缆受到
（1）当棒控系统的控制棒提升或下降动作时，核测量系统的计数率出现剧烈波动，计数指示从几十、几百、跳变到几万.
系统的计数率指示波动也加剧. （2）反应堆大厅内的天车工作时，核测量
（3）突然持续出现的高计数，查找原因发现反应堆大厅内调试用电焊机的电源线与核测系统的信号电缆短距离并行.
快堆核测系统调试期间，考虑到501大厅通的钢覆面上，因此对安装在501大厅探测孔 的环境复杂，大厅内的设备均被安装在连屏蔽的现象.在电缆桥架内，核测量系统信号地”间的噪声峰峰值为150～200mV，面探测电缆与棒控及其他系统的强电电缆距离很近且器探测到的中子信号最大为"1mV"量级，在如
检查系统电缆的敷设路径，发现反应堆大厅环形电缆沟内，存在着强电、弱电电缆之间无道内的探测器进行测试，探测器“信号一信号
此强的干扰下，显然探测器无法正常工作.
接地情况，发现保护地铜排与信号地铜排存在连接在一起，需要说明的是，严格地说，弱信号着混接现象.这使得保护地线上的较强干扰，处理系统的插件外壳应该接屏蔽地，实现良好如部分交流电源地线的干扰等，直接引人了核的电磁屏蔽，从面抑制电磁干扰，由于快堆现测系统的信号地上.而一段电源地线两点间会场条件限制，不具备独立的屏蔽地线系统，因此的端信号电路来说是非常严重的干扰. 有数uV，甚至更高的地电位差，这对核测系统
针对地线上引人的干扰，采取的解决措施如下：
（1）为核测系统增设融立的信号接地母线和接地铜排，保证信号接地母线与保护接地母
（2）由于501大厅内的钢覆面连通了许多号受干扰非常严重，系统无法正常工作，大型设备，为避免干扰，在这些设备附近增加了保护接地点；
（3）在堆外探测器周围增加4个接地点，连接到保护地母线上.
以上整改措施结束后，再次测试探测器输出的噪声水平，峰峰值从100mV下降到15mV左右，干抗现象有了明显的好转.
2.3电源
通过电源线引人干扰也是电磁兼容设计与调试中经常会出现的问题，电源线引人的干扰主要来自两方面，一是电子设备内部电源产生 的干扰，二是设备外部公共电源线产生的干扰.大厅的前置机柜内增加了信号地和保护地钢由于考虑到现场抗干扰的要求，快堆核测系统设计将电源线增加滤波器，只允许工额50Hz、60Hz、400Hz电流通过，面对于较高频率的电磁干扰波有很大的衰减.并且全部采响，仍然选择一点接地方式. 取隔离电源供电形式.在整个调试期间，未观察到来自电源线的明显干扰.
3接地方式的比较
抑制空间干扰的各种措施实施后，为了更好地适应快堆现场强干扰的环境，进一步增强系统抗干扰的能力，我们试验了几种不同的信大电路.因此，将探测器输出信号电缆与金属号地线接地方法，确定了最合理的接地方案，以达到进一步抑制干扰的目的.
电位接信号地铜排，插件外壳接保护地钢排，采用一点接地方式，接地点选择在主放大器机缆，内屏蔽为铜编织镀银材料，一方面与电缆芯
柜处，探测器与前置放大器浮空，通过信号电缆为解决干扰问题，进一步考察核岛厂房内的屏蔽层，将主放大器与前置放大器的信号地选择用保护地线代替了屏蔽地，这也带来了新 的抗干扰问题，
3.1保护地与信号地接通
由于厂房内的保护地母线和信号地母线存在着导通现象，但又并不是良好的导通状态.线全程在敷设的路径上绝缘在接地井内连接；的信号地上，保护地线上的大干扰，使得弱信 因此将保护地线上的干扰，引人了核测量系统
为此我们尝试直接在核测系统插件上将保护地与信号地短接，既是实现了信号零点与插 件外壳的严格等电位，也实现了良好的电磁屏藏，系统工作更加稳定.
3.2一点接地和多点接地
对于一般对于低额情况（1MHz以下），电屏蔽层一端接地是比较常用的屏蔽方式，而 在高频情况下（10MHz以上）或电缆长度超过信号波长的1/20时，经常需要考虑采用多点接地方式，最常用的是两端接地.因为考虑到信号电缆长度很长（约100m），我们试验在501排，比较了信号电缆一端接地和两端接地两种条件下的噪声水平，结果二者没有明显差别，为了尽可能的降低低颜情况下地环路的干扰影
3.3接地点位置的选取
原有设计在主放大器机柜处接地，前提条件需要保证前置放大器的良好屏并浮空，由于501大厅内情况比较复杂，选择在前置数大个低阻抗的回路，以避免噪声信号进人整个放 器信号输人端出就近接地，为噪声电流提供一波纹管在靠近前置放大器这一端接地，试验结果也表明，在前放处接地，噪声水平最低.
按照快维核测量系统原有设计，信号的零3.4射频双屏藏电缓的接法
核测系统的信号电缆选用射频双屏蔽电
线构成了信号传输回路，另一方面起到了屏蔽蔽磁场的作用. 电场的作用：外屏蔽为钢编织材料，主要起到屏
明能量都被负载吸收了，能量传输效率最高.
以源量程为例说明核测量系统的阻抗匹配调节情况.源量程探测器输出的中子脉冲信号经过前置放大器放大，经120m长双屏蔽电缆传输，送到主放大器输入端.根据信号在长电 中的传输规律，前放输出端、主放输人端以及长电缆的特性阻抗应该基本一致，尽量减少信号失真以及降低信号反射引入的噪声等.
原设计考虑到内层屏蔽作为信号传输回路的一部分，相当于信号的零点，因此将内屏蔽接替了屏蔽地，而保护地线上的噪声干扰很大，这 信号地，外层屏蔽接屏蔽地.由于用保护地代种接法在两个屏蔽层之间形成电势差，通过两个屏蔽层之间的耦合电容，将干抗信号引人电缆的内层屏蔽，增加了系统的噪声，引人干扰.试验将信号电缆的内外屏蔽良好导通，并同时 360度端接信号地后，噪声水平都有了明显降低，
核测系统选用的屏蔽电缆特性阻抗（75士3）0.前置效大器等效输出电阻750，主放大 器信号输人端原来接有7500电阻，用来调节等效输人电阻.试验带120m电缆，利用脉冲信号发生器输入标准方波信号，观察主放大器的输人信号波形，发现脉冲信号幅度有所增大， 波形也较差，将750Ω电阻改为180Ω，此时输人主放大器的波形最为理想，引人噪声最低，更好地满足了现场抗干扰的要求.
通过以上实验的比较，当探测器悬挂装置与前置故大器输人端信号地接通，并在前置放 大器信号输人端接地时，噪声水平降到最低.
4内部干扰
内部干扰是指电子学线路上的噪声.核测系统线路上的干扰主要来自于两个方面，一是 阻抗匹配不精确引人的噪声，二是PCB版内接地线布置和接法不恰当引人的噪声.
4.2PCB内接地线的布置和接法
有设计将放大单元放置在金属屏蔽盒内，输 为了增强前置放大器抗干扰的能力，原出信号通过短电缆和接插件与输出单元连接，短电缆的外层屏蔽接印刷板的信号地.前置放大器部分印刷板布置如图2所示，实线标记的为金属屏蔽盒，虚线标记的是引出 的信号地线.
4.1阻抗匹配
弱信号经长电缆的传输中，为避免信号反射引人噪声，要求负载阻抗、输人电阻与电缆的 特性阻抗一致.此时的传输不会产生反射，表
图2前量放大器印剧板图
Fig. 2 Printed cireuit board of preamplifier
天线破坏了原有的良好屏蔽，并且直接连接在
可以看出，所标记信号地线的引出，相当于高压滤波电容的对地端，高压的波动直接影响到放大电路输出的波形.这种接法也不满足印
