一种解决微弱信号在传输过程中受到电磁干扰的方法

 1 故障现象简述 
  大亚湾核电厂堆外中子测量系统(简称RPN),测量的是反应堆堆外中子通量。该系统信号传输回路包括从现场探头出来六路用于传输探头信号的信号电缆;一路用于给探头提供电源的高压电缆;一路备用信号电缆,如图1所示。其中从探头送出六段信号电缆传输的信号大约1mA,经传输后到控制(模拟设备)机柜;高压电缆为传感器提供工作电压,其电压由机柜的电源模块将220V交流电压变换成600V直流电压后经电缆给探头提供直流电压。8根同轴电缆均为三层屏蔽电缆,三层屏蔽层均连接在一起,8根电缆的屏蔽层在探头侧均连接在一起,六路信号电缆和一路备用电缆在机柜侧通过滤波电容接地,另一路给探头供电的电源电缆在机柜侧直接接地。 
  在正常使用时,发现第1根电缆芯—屏信号出现随机异常毛刺后,通过接入高精度记录仪发现第1根电缆的芯—屏信号存在无规律的脉冲毛刺,毛刺幅值约50mV,脉宽约2ms。如图2所示: 
  2 故障原因分析 
  第1根电缆有三层屏蔽层,屏蔽层均连接在一起,通过终端机柜的滤波电容接地。正常情况下,屏蔽层对地电压约40mV,当脉冲毛刺出现时,屏蔽层对地电压变为70mV。脉冲毛刺消失后,屏蔽层对地电压也随之恢复正常。 
  将随着第1根电缆一起布置的备用电缆(终端机柜未连接任何设备)接入记录仪,也能发现有同样的毛刺出现。在机柜内将备用电缆的屏蔽层接地后,备用电缆上的随机毛刺未再出现。将第1根电缆的屏蔽层接地后,毛刺也未再出现。 
  基于此,我们分析认为第1根电缆上的脉冲毛刺是一种电磁干扰。 
  结合RPN系统的信号电缆传输路径和终端机柜的周边环境分析,产生电磁干扰的可能原因有以下几方面: 
  第一,地电位干扰造成其传输回路受到干扰。 
  RPN系统电缆路径中存在高压一次设备、低压二次设备,电压等级从几十千欧到几毫欧,因此导致低压类仪控设备容易受到干扰。 
  地电位干扰产生的原因主要表现在:①雷击时产生的雷电电流流入接地网引起接地网局部地电位升高而产生干扰;②系统接地短路时产生的大電流经接地装置时引起接地点和邻近点地电位升高而产生干扰;③高压电路中绝缘击穿和火花间隙放电引起的地电位干扰。 
  第二,接地不良导致其传输回路受到干扰。 
  屏蔽层接地不良会导致屏蔽层接地电阻增大,使得电磁干扰泄放到接地网的能力降低,因此使干扰信号直接耦合到信号回路,导致信号传输过程受到脉冲干扰。 
  为了验证这种分析,我们选取受到干扰的第1根电缆和未受干扰的第2根电缆,同时断开它们的上游信号,在断开处的屏蔽层注入1000V脉冲信号,在机柜内分别测量第1根和第2根电缆的芯—屏、屏—地、芯—地电压,得到如下数据: 
  通过电路分析,流过屏蔽层的电流与电缆屏蔽层对地的阻抗有关,而第1根电缆芯-屏之间的感应电压直接由流过电缆屏蔽层的电流决定。由于外界施加的脉冲一样,在正常情况下第1根和第2根电缆在机柜内测到的屏—地、芯—地、芯—屏电压应该是一致的,实际上测量得到第1根和第2根电缆的芯-屏之间的差别比较大,说明在现场实验过程中第1根电缆的屏蔽层中流过的电流比第2根电缆屏蔽层中流过的电流小,最主要的原因是第1根电缆的屏蔽层对地的阻抗比较大,导致这种情况的原因可能是第1根电缆的屏蔽层的接地不良导致其接地阻抗增加。 
  根据以上分析,基本可以断定第1根存在电缆屏蔽层接地不良的情况。产生接地不良的原因有:屏蔽层在机柜内部接地处接头松动或腐蚀导致屏蔽层与大地接触不良。 
  3 电磁干扰的解决方法 
  判断RPN系统第1根电缆存在接地问题后,我们做了如下两个工作: 
  ①将原来在机柜内部屏蔽层的接地铜线替换成接地铜排; 
  ②在上游注入信号的屏蔽层位置增加了滤波电容接地(容量与机柜内接地滤波电容的容量一致)。 
  之后重新对第1根电缆的芯—屏信号进行监测,发现脉冲毛刺未再出现。 
  4 结语 
  通过本次电磁干扰的故障处理可以看出,增加信号电缆屏蔽层接地、采用两端接地能够减少外界电磁干扰对信号传输的影响。这也符合工程上屏蔽电缆的接地原则。
浏览次数:  更新时间:2018-02-09 10:40:34
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