大亚湾核电站微电子系统的防雷保护

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　　计算机、通信和仪表控制系统（以下统称“微电子系统”）在工业化社会得到了广泛的应用，随着科学技术的快速发展，这些系统的微电子器件的集成化和微型化程度愈来愈高，而其元器件的抗电气冲击水平却都很低，因此，防雷问题和元器件间、系统间的电磁兼容问题日显突出。大亚湾核电站是自动化程度很高的核电站，自1994年投入商业运行以来，微电子系统的雷害事件偶有发生。因此，本文从防雷保护技术的角度对核电站微电子系统的防雷概况进行分析。

1　微电子系统设备遭受雷害的途径和防雷保护措施
1．1　遭受雷害的途径
　　微电子系统设备遭受雷害的途径有直击雷的侵害、反击，由电源线路引入的雷电侵入波、感应雷或雷电电磁脉冲的侵害等。电网系统内部产生的过电压冲击或电磁耦合等也会造成设备损坏。
　　在电力网内部因系统操作失误或出现异常工况甚至短路等故障，会引起电力网系统出现内部过电压或电压瞬态降低的现象。大亚湾核电站控制棒驱动机构电源（RAM）系统快速降功率保护装置就曾因香港400kV电网瞬时接地短路而动作，造成该电动发电机系统跳闸。此类过电压会经电源侵入微电子设备，也会因布线不当而通过线路耦合到微电子器件的电路中。同样地，某些继电器设备在动作时会瞬态产生高达4kV的电压干扰波［1］，这种干扰波的波头上升前沿可达0．4kV／ns，它既产生传导性干扰，也产生辐射性干扰。因此，在核电站微电子系统设备的内部应考虑电器设备之间的电磁兼对于雷电电磁脉冲过电压，其波的过程时间非常短，采用工频稳压装置或不间断电源是不能消除其影响的，而且过电压往往会损坏这些设备。
1．2　防雷保护措施
　　由于微电子系统设备对雷电特有的敏感性和雷害途径的多样性，在对微电子系统设备的雷电防护方面，应根据各微电子系统的重要程度划分防雷区域，并针对微电子系统设备的可靠性要求程度确定出相应的雷电防护等级，全方位、多层次地建立一套完整的防护体系，这种防护体系也就是核安全采用的纵深防御体系。
针对雷害特点，采取的防护措施有：
　　a）利用雷电接闪器（避雷针、避雷带等）及其构成的系统防止直击雷的侵害。
b）泄流（分流）雷电能量，防止直击雷反击。
　　c）采用对系统设备接地的等电位连接的方法防止直击雷反击。
　　d）采用多层次的电磁屏蔽来降低或限制感应过电压的产生。这些屏蔽包括建筑物屏蔽、微电子系统设备机房内屏蔽、设备外壳屏蔽和信号管线屏蔽等。作为电磁屏蔽，在微电子系统的设备中，除了要具备防雷暴屏蔽外，还要求达到设备间、电子元件间的电磁干扰屏蔽，即系统间、设备间要达到电磁兼容的标准要求。
　　e）采用过电压保护器防止元器件损坏，即在微电子系统的电源回路、信号接口等回路安装过电压保护器（如过电压限制器或浪涌吸收器等），经限制器将已产生的过电压箝制于限制值以下，保证系统设备或元器件免于异常动作或损坏。过电压保护器的设置或选择应按其保护系统的重要级别或系统回路接口方式全面、系统地统筹考虑。
　　以上措施是微电子系统设备防雷害和过电压保护的基本措施，由它们构成一个完整的现代雷电防护体系，即全方位、多层次的综合防护措施，任何单一的防护技术并不能有效地防止雷电的侵害。因此，计算机、通信和仪表控制等微电子系统的防雷保护工作应全面、综合地予以考虑，在可靠性评估的基础上进行设计或技术改进。
2　大亚湾核电站微电子系统的防雷概况
2．1　计算机网络系统
作为大亚湾核电站的生产管理、生产控制的计算机网络系统，在发电机组安全、稳定运行中起着非常重要的作用。电站计算机网络系统主要由计算中心（电站计算机辅助隔离系统、广东核电生产管理系统等）、工业计算机系统和仪表控制计算机系统组成。计算中心中央计算机位于01楼一楼的全封闭机房内，