1 微電子系統設備遭受雷害的途徑和防雷保護措施
1.1 遭受雷害的途徑
微電子系統設備遭受雷害的途徑有直擊雷的侵害、反擊,由電源線路引入的雷電侵入波、感應雷或雷電電磁脈沖的侵害等。電網系統內部產生的過電壓沖擊或電磁耦合等也會造成設備損壞。
在電力網內部因系統操作失誤或出現異常工況甚至短路等故障,會引起電力網系統出現內部過電壓或電壓瞬態降低的現象。大亞灣核電站控制棒驅動機構電源(RAM)系統快速降功率保護裝置就曾因香港400kV電網瞬時接地短路而動作,造成該電動發電機系統跳閘。此類過電壓會經電源侵入微電子設備,也會因布線不當而通過線路耦合到微電子器件的電路中。同樣地,某些繼電器設備在動作時會瞬態產生高達4kV的電壓干擾波[1],這種干擾波的波頭上升前沿可達0.4kV/ns,它既產生傳導性干擾,也產生輻射性干擾。因此,在核電站微電子系統設備的內部應考慮電器設備之間的電磁兼對于雷電電磁脈沖過電壓,其波的過程時間非常短,采用工頻穩壓裝置或不間斷電源是不能消除其影響的,而且過電壓往往會損壞這些設備。
1.2 防雷保護措施
由于微電子系統設備對雷電特有的敏感性和雷害途徑的多樣性,在對微電子系統設備的雷電防護方面,應根據各微電子系統的重要程度劃分防雷區域,并針對微電子系統設備的可靠性要求程度確定出相應的雷電防護等級,全方位、多層次地建立一套完整的防護體系,這種防護體系也就是核安全采用的縱深防御體系。
針對雷害特點,采取的防護措施有:
a)利用雷電接閃器(避雷針、避雷帶等)及其構成的系統防止直擊雷的侵害。
b)泄流(分流)雷電能量,防止直擊雷反擊。
c)采用對系統設備接地的等電位連接的方法防止直擊雷反擊。
d)采用多層次的電磁屏蔽來降低或限制感應過電壓的產生。這些屏蔽包括建筑物屏蔽、微電子系統設備機房內屏蔽、設備外殼屏蔽和信號管線屏蔽等。作為電磁屏蔽,在微電子系統的設備中,除了要具備防雷暴屏蔽外,還要求達到設備間、電子元件間的電磁干擾屏蔽,即系統間、設備間要達到電磁兼容的標準要求。
e)采用過電壓保護器防止元器件損壞,即在微電子系統的電源回路、信號接口等回路安裝過電壓保護器(如過電壓限制器或浪涌吸收器等),經限制器將已產生的過電壓箝制于限制值以下,保證系統設備或元器件免于異常動作或損壞。過電壓保護器的設置或選擇應按其保護系統的重要級別或系統回路接口方式全面、系統地統籌考慮。
以上措施是微電子系統設備防雷害和過電壓保護的基本措施,由它們構成一個完整的現代雷電防護體系,即全方位、多層次的綜合防護措施,任何單一的防護技術并不能有效地防止雷電的侵害。因此,計算機、通信和儀表控制等微電子系統的防雷保護工作應全面、綜合地予以考慮,在可靠性評估的基礎上進行設計或技術改進。
2 大亞灣核電站微電子系統的防雷概況
2.1 計算機網絡系統
作為大亞灣核電站的生產管理、生產控制的計算機網絡系統,在發電機組安全、穩定運行中起著非常重要的作用。電站計算機網絡系統主要由計算中心(電站計算機輔助隔離系統、廣東核電生產管理系統等)、工業計算機系統和儀表控制計算機系統組成。計算中心中央計算機位于01樓一樓的全封閉機房內,
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