CN117347736A - 核电场景下的电磁环境检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核电场景下的电磁环境检测方法及系统，包括以下步骤：根据电磁干扰传播原理，对核电厂厂房进行区域划分，根据每个区域中不同类型设备的布置情况和设备所在房间的布局，确定每个区域中预估的测点位置；基于非接触法，利用辐射环、环形天线、对数周期天线和喇叭天线中的至少一种，获取对应测点的电场强度和磁场强度；以预估测点位置周围设定范围内得到的电场强度和磁场强度的最大值作为测量值，根据测量值得到频谱图，基于频谱图确定核电厂的电磁环境。

Description

核电场景下的电磁环境检测方法及系统

技术领域

本发明涉及核电安全技术领域，具体为核电场景下的电磁环境检测方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

核电厂在运行中需要确保各类仪表设备尽量不受到来自外界环境的电磁干扰，因此会利用电仪设备电磁兼容鉴定试验、防雷接地系统设计、高低频设备的布置设计以及有关电磁干扰的管理措施等方式，来预防电磁射频干扰对核电厂内的部分设备产生不利影响。

目前，在对核电厂进行电磁环境检测时，通常会针对核电厂厂址所在区域进行调查，获取厂址所在区域的环境电磁辐射数据，再结合工频电磁场、无线电干扰和射频综合场强等测量方法开展电磁环境测量。而这类方式仅能够测量部分频段的磁场和电场特性，无法覆盖核电厂对设备电磁兼容鉴定要求的频段范围。并且由于现有测量方法主要适用于开阔场地，缺乏在核电厂主厂房的建筑物内开展检测的过程，并且现有测量方法与主厂房的设备鉴定方法不一致，使得测量结果无法与设备电磁兼容鉴定试验中发射和抗扰度水平进行比较，使得传统核电厂电磁环境测量方法，存在主厂房适用性不足和频段覆盖范围不够的劣势。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供核电场景下的电磁环境检测方法及系统，提供主厂房建筑物内测量布点的原则要求，利于有选择性地开展典型房间典型区域的电磁环境测量，形成核电厂主厂房建筑物内有代表性的电磁环境基准数据。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供核电场景下的电磁环境检测方法，包括以下步骤：

根据电磁干扰传播原理，对核电厂厂房进行区域划分，根据每个区域中不同类型设备的布置情况和设备所在房间的布局，确定每个区域中预估的测点位置；

基于非接触法，利用辐射环、环形天线、对数周期天线和喇叭天线中的至少一种，获取对应测点的电场强度和磁场强度；

以预估测点位置周围设定范围内得到的电场强度和磁场强度的最大值作为测量值，根据测量值得到频谱图，基于频谱图确定核电厂的电磁环境。

进一步的，根据每个区域中不同类型设备的布置情况和设备所在房间的布局，确定每个区域中预估的测点位置，具体为：基于安全级和非安全级设备的布置情况，选取对电磁干扰敏感程度不同的设备，确定设备所在房间，根据电磁干扰在房间内的传播机制，确定预估的测点位置。

进一步的，基于非接触法，利用辐射环、环形天线、对数周期天线和喇叭天线中的至少一种，获取对应测点的电场强度和磁场强度，具体为：

根据潜在的频率范围和测点所在位置具备的测量设备安装条件，选取相匹配的测量设备；

根据测点所在房间的设备布置情况和设备瞬态工况确定测量方案，根据测量方案执行测量，得到对应测点的电场强度和磁场强度。

进一步的，以预估测点位置周围设定范围内得到的电场强度和磁场强度的最大值作为测量值，具体为：在预估测点位置周围设定范围内出现场强大于预估点的情况，将测点位置调整至该场强最大处。

进一步的，根据测量值得到频谱图，具体为：以测量值和测量设备的天线系数和线缆衰减的和生成频谱图。

进一步的，获取对应测点的电场强度和磁场强度，具体为：每个测点保持设定时间段的测量时间，以测量时间内场强的最大值作为得到的测量值。

进一步的，获取对应测点的电场强度和磁场强度的过程中，测试配置基于设定的设备电磁兼容鉴定试验结果，测量输出的结果中，横纵坐标单位一致或能够等效转换。

本发明的第二个方面提供实现上述方法的电磁环境检测系统，包括：

磁场干扰测量模块，包括辐射环和环形天线，辐射环和环形天线分别与对应的接收机连接；

电场干扰测量模块，包括对数周期天线和喇叭天线，对数周期天线和喇叭天线分别与对应的接收机连接；

磁场干扰测量模块和电场干扰测量模块基于预先确定的测点，获得测点对应的电场强度频谱图和磁场强度频谱图，基于频谱图确定核电厂的电磁环境。

进一步的，磁场干扰测量模块覆盖的频段范围为a～b，a和b均为大于零的正整数并且a<b。

进一步的，电场干扰测量模块覆盖的频段范围为b～c，c为大于零的正整数并且b<c。

与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

1、根据电磁干扰传播原理确定核电厂厂房中，需要重点考虑，并且电磁环境具有代表性的典型房间或区域作为测点，再根据测点所在的房间或区域中的设备、电缆走线以及核电厂运行时的状态，选取非接触的辐射环、环形天线、对数周期天线和喇叭天线中的至少一种来获取磁场干扰强度和电场干扰强度，使得多种测量方式相结合的方式能够覆盖的频率范围，超过传统的工频电磁场和无线电干扰测量方法。

2、电场干扰测量覆盖的频段范围与磁场干扰测量模块覆盖的频段范围相匹配，磁场干扰测量过程中采用不同的测量设备分别进行测量，使覆盖的频段范围为a～b，而电场干扰测量模块覆盖的频段范围为b～c，使得电场干扰测量的频率覆盖范围能够被扩充到更大的范围，从而满足覆盖范围更大的频段。

3、磁场干扰测量和电场干扰测量的过程中，由于其测试配置参考了设定的设备电磁兼容性鉴定试验的结果，使得测量输出结果中的横纵坐标单位一致或是能够等效转换，便于在同一张频谱图中对比两者的数据。

4、测量过程中使用的非接触法不影响已投运设备的功能。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一个或多个实施例提供的电磁环境检测过程示意图；

图2为本发明一个或多个实施例提供的电磁环境检测系统校准配置示意图；

图3为本发明一个或多个实施例提供的辐射环现场测量的测试配置示意图；

图4为本发明一个或多个实施例提供的环形天线现场测量的测试配置示意图；

图5为本发明一个或多个实施例提供的对数周期天线和喇叭天线测量的测试配置示意图；

图6为本发明一个或多个实施例提供的合成频谱示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术中所介绍的，核电厂在运行中需要确保各类仪表设备尽量不受到来自外界环境的电磁干扰，因此会利用电仪设备电磁兼容鉴定试验、防雷接地系统设计、高低频设备的布置设计以及有关电磁干扰的管理措施等方式，来预防电磁射频干扰对核电厂内的部分设备产生不利影响。

电仪设备电磁兼容鉴定试验主要采用RG1.180标准体系，发射试验采用MIL-STD-461E或IEC61000-6-4，抗扰度试验采用MIL-STD-461E或IEC61000-4系列。通过设计考虑、型式试验的方式，控制每个设备对外传导发射和辐射发射的影响，从而保证整体的电磁环境满足设计要求。

防雷接地系统设计涉及电仪设备的保护接地、信号地和屏蔽接地等，由于需要考虑高频系统设备引入产生的高频磁场影响，电缆屏蔽双端接地方案被作为抑制复杂电磁环境的重要手段。核电厂设备根据设计基准、系统功能和通道隔离等要求进行布置，不同类型房间由于设备布置差异会呈现出不同的电磁环境特性。

核电厂运行规程和技术手册中需要考虑建立对讲机和手机禁用区域的EMC(静电防护)管控措施，来预防电磁射频干扰对设备产生的不利影响，营造良好的电磁环境。

目前，核电厂电磁环境测量的方法主要针对厂址区域前期的本底调查，获取厂址及其周围环境电磁辐射数据，为评价厂区核电厂工作人员及周围公众所受电磁辐射照射水平、无线电干扰影响等环境影响收集数据。采用《辐射环境保护管理导则-电磁辐射监测仪器和方法》、《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》、《高压架空输电线、变电站无线电干扰测量方法》、《辐射环境保护管理导则-电磁辐射监测仪器和方法》等工频电磁场、无线电干扰和射频综合场强的测量方法开展的电磁环境测量，仅能够测量部分频段的磁场和电场特性，无法覆盖核电厂对设备电磁兼容鉴定要求的频段范围。由于现有测量方法主要适用于开阔场地，缺乏在核电厂主厂房建筑物内开展工作的指导。且现有测量方法与主厂房的设备鉴定方法不一致，测量结果无法与设备电磁兼容鉴定试验中发射和抗扰度水平进行比较。

因此，传统核电厂电磁环境测量方法，存在主厂房适用性不足和频段覆盖范围不够的劣势，而以下实施例给出核电场景下的电磁环境检测方法及系统，设计了能够与设备电磁兼容鉴定试验方法匹配的电磁环境测量方法，提供主厂房建筑物内测量布点的原则要求，利于有选择性地开展典型房间典型区域的电磁环境测量，形成核电厂主厂房建筑物内有代表性的电磁环境基准数据。

实施例一：

如图1-图6所示，核电场景下的电磁环境检测方法，包括以下步骤：

根据电磁干扰传播原理，对核电厂厂房进行区域划分，预估每个区域内的测点位置。综合考虑不同类型设备面对面、面对背、背对背、挂墙单独和并排布置情况，设备所在房间出入口、中心和角落区域，选取一定数量有代表性的测点位置；

使用场强探头对机柜、灯、应急电话、基站等电子设备较多的区域进行场强测量，结合预估的测量点和现场实际情况确定测量位置。如果在预估测点位置附近出现场强略大于预估点的情况，需将测点位置调整至场强最大处。如果在远离预估测点位置出现场强值明显大于预估测点位置的情况，需补充该测点位置。

基于非接触法，利用辐射环、环形天线、对数周期天线和喇叭天线中的至少一种，获取对应测点的电场强度和磁场强度；

以预估测点位置周围设定范围内得到的电场强度和磁场强度的最大值作为实际值，根据得到的实际值得到频谱图，基于频谱图确定核电厂的电磁环境。

具体的：

电磁环境测量首先需要确定核电厂主厂房建筑物内需要重点考虑，并且电磁环境具有代表性的典型房间或区域。从安全级和非安全级设备布置情况，选取放置对电磁干扰特别敏感设备，控制系统、工业计算机等对电磁干扰较敏感设备，中高压电气设备，含大功率设备的工艺过程以及电缆贯穿密集的房间或区域作为典型。

然后选择合适的测量设备，由于不同尺寸天线和探头的覆盖频率不一，所以测试设备选取根据潜在的频率范围和测点处可用于安装测量设备的空间来选取。依据电磁干扰传播机理，进行场区划分，合理选点和定位，开展核电厂电磁环境测试工作。

选点综合考虑不同类型设备面对面、面对背、背对背、挂墙单独和并排布置情况，房间出入口、中心和角落区域，选取一定数量有代表性的测点位置。

通过梳理典型房间内设备、电缆桥架平面布置图和三维模型，识别设备瞬态工况制定测量方案，根据测量方案制定初步的测量程序。

本实施例中，通过梳理典型房间内设备、电缆桥架平面布置图和三维模型，识别设备瞬态工况制定测量方案，根据测量方案制定初步的测量程序。

现场测量开始前，对所选区域，区域内的设备和电缆走线进行分析，制定详细的测量程序。程序中应考虑测量时的电厂工况和设备运行状态，应尽量在实际运行工况下进行发射值的测量，如有可能，可考虑在单个设备开门状态和多个设备同时运行的叠加工况下开展测量。

电磁环境现场测量方法采用的均为非接触法，主要是利用天线，场强探头，辐射环，接收机等对电磁环境进行监测。

电磁环境测量流程为使用场强探头对机柜、灯、应急电话、基站等电子设备较多的区域进行场强测量，并记录点位和最大场强值，每一个点位保持1分钟测量时间。结合预估的测量点和现场实际情况确定场强值较强的区域，使用手持辐射环，环形天线，对数周期天线和喇叭天线进行25Hz～18GHz的全频谱扫描，得到全频段频谱图，便于后续计算和分析。

根据测量设置的步进和测量带宽，可以得到每个频率点的场强。全频段频谱图中可以看出该点位的电磁场强度情况，具体测量数据可以通过清单形式导出，对应频谱图中横纵坐标数值。电磁环境测量流程如图1所示。选定房间或区域的电磁环境合成频谱示意图如图6所示。频谱图最终值按照如下公式：

频谱图最终值＝测试值+天线系数+线缆衰减；

其中测试值为天线接收后，测量接收机读取的示值。

磁场干扰测量方法中，测量范围为25Hz～30MHz，检波方式为峰值(最大值保留法)，利用磁场辐射环和环形天线，测量核电厂典型区域内的磁场环境，根据试验数据，分析磁场干扰的来源和频率。测试配置参考标准为MIL-STD-461E(25Hz～100kHz)和CISPR11(100kHz-30MHz)。

辐射环和环形天线测试回路校验方法为测量接收机数据输出的整套测试系统，以确保整个试验装置正常工作，图2为验证配置，通过同轴电缆连接信号发生器和测量接收机，要求测量接收机自检正常，信号发生器输出和测量接收机输入之间的差值为±3dB(信号发生器的输出电平为50kHz，50dBV和15MHz，50dBV)。

辐射环现场测量按照如图3所示的测试配置，对典型核电厂区域测量磁场干扰。辐射环距离测量参考点的测试距离为设定值，本实施例中，辐射环距离测量参考点的测试距离选择7cm。

环形天线现场测量按照如图4所示进行测试配置，对典型核电厂区域测量电场干扰。具体位置，测量距离可根据实际情况进行布点，要求天线四周具有一定距离(例如1m)的测试距离间隔。

电场干扰测量方法中，测量范围为30MHz～18GHz(30MHz～1GHz使用对数周期天线，1GHz～18GHz使用喇叭天线)，天线水平极化方向和垂直极化方向都需要测量。检波方式为峰值(最大值保留法)。利用电场天线，测量核电厂典型区域内的电场环境，根据试验数据，分析电场干扰的来源和频率。测试配置参考标准为CISPR11。

对数周期天线和喇叭天线测量回路校验方法为检查测量接收机数据输出的整套测试系统，以确保整个试验装置正常工作，图2为验证配置，要求测量接收机自检正常，信号发生器输出和测量接收机输入之间的差值为±3dB(信号发生器的输出电平为1GHz，50dBV)。

对数周期天线和喇叭天线现场测试方法为按照测试配置图5所示，对典型核电厂区域测量电场干扰。具体位置，测量距离可根据实际情况进行布点，要求天线四周具有一定距离(例如1m)的测试距离间隔。

电磁环境测量现场布点原则要基于现场测量流程。电磁环境测量流程为使用场强探头对机柜、灯、应急电话、基站等电子设备较多的区域进行场强测量，并记录点位和最大场强值，每一个点位保持1分钟测量时间。结合预估的测量点和现场实际情况确定场强值较强的区域，使用手持环形天线，对数周期天线和喇叭天线进行25Hz～18GHz的全频谱扫描，得到全频段频谱图，便于后续计算和分析。

上述检测方法中，由于磁场干扰测量方法先后采用不同的测量设备(辐射环和环形天线)针对同一测量点，分别进行测量，辐射环的频段为25Hz～100kHz，环形天线的频段为100kHz-30MHz。因此磁场干扰测量的频率覆盖范围大于传统的工频电磁场和无线电干扰测量方法。

上述检测方法中，由于电场干扰测量方法在对数周期天线30MH z～1GHz频段基础上补充喇叭天线1GHz～18GHz的频段，因此电场干扰测量方法的频率覆盖范围大于传统的射频电磁辐射测量方法。

由于上述电场和磁场的测量方法均是非接触法，不影响已投运设备的功能，分步骤的测量流程能够帮助找到具体房间内具有代表性的测量点位，使得电磁环境测量方法能够有效指导核电厂主厂房建筑物内开展现场测量工作。

由于上述测量方法中，对磁场干扰和电场干扰测量的测试配置参考设备电磁兼容鉴定试验的MIL-STD-461E和IEC61000-6-4(CISPR 11)，测量输出的横纵坐标单位一致或者可以等效转换，便于在同一张图中比较两者的试验数据，因此电磁环境测量数据与设备电磁兼容鉴定试验的发射和抗扰度试验结果能够进行有效比较和迭代，测得房间内的电磁环境数据可以验证多个设备满足鉴定试验后形成的整体电磁发射水平，通过验证整体发射水平与设备抗扰度水平之间的裕量情况，从而进一步迭代设备电磁兼容试验要求。

电磁环境测量方法考虑了主厂房建筑物部分房间设备布置紧凑的问题，选取体积较小的测量天线，调整天线接收距离开展电场干扰测量，便于现场测量的实施。

实施例二：

实现上述方法的电磁环境检测系统，包括：

磁场干扰测量模块，包括辐射环和环形天线，辐射环和环形天线分别与对应的接收机连接；

电场干扰测量模块，包括对数周期天线和喇叭天线，对数周期天线和喇叭天线分别与对应的接收机连接；

磁场干扰测量模块和电场干扰测量模块基于预先确定的测点，获得测点对应的电场强度频谱图和磁场强度频谱图，基于频谱图确定核电厂的电磁环境。

磁场干扰测量模块的测量范围为25Hz～30MHz。

电场干扰测量模块的测量范围为30MHz～18GHz。

磁场干扰测量模块中，辐射环覆盖25Hz～100kHz频段范围，环形天线覆盖100kHz-30MHz频段范围。

电场干扰测量模块中，对数周期天线覆盖30MHz～1GHz频段范围，喇叭天线覆盖1GHz～18GHz频段范围。

对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.核电场景下的电磁环境检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据电磁干扰传播原理，对核电厂厂房进行区域划分，根据每个区域中不同类型设备的布置情况和设备所在房间的布局，确定每个区域中预估的测点位置；

基于非接触法，利用辐射环、环形天线、对数周期天线和喇叭天线中的至少一种，获取对应测点的电场强度和磁场强度；

以预估测点位置周围设定范围内得到的电场强度和磁场强度的最大值作为测量值，根据测量值得到频谱图，基于频谱图确定核电厂的电磁环境。

2.如权利要求1所述的核电场景下的电磁环境检测方法，其特征在于，根据每个区域中不同类型设备的布置情况和设备所在房间的布局，确定每个区域中预估的测点位置，具体为：基于安全级和非安全级设备的布置情况，选取对电磁干扰敏感程度不同的设备，确定设备所在房间，根据电磁干扰在房间内的传播机制，确定预估的测点位置。

3.如权利要求1所述的核电场景下的电磁环境检测方法，其特征在于，基于非接触法，利用辐射环、环形天线、对数周期天线和喇叭天线中的至少一种，获取对应测点的电场强度和磁场强度，具体为：

根据潜在的频率范围和测点所在位置具备的测量设备安装条件，选取相匹配的测量设备；

根据测点所在房间的设备布置情况和设备瞬态工况确定测量方案，根据测量方案执行测量，得到对应测点的电场强度和磁场强度。

4.如权利要求1所述的核电场景下的电磁环境检测方法，其特征在于，以预估测点位置周围设定范围内得到的电场强度和磁场强度的最大值作为测量值，具体为：在预估测点位置周围设定范围内出现场强大于预估点的情况，将测点位置调整至该场强最大处。

5.如权利要求1所述的核电场景下的电磁环境检测方法，其特征在于，根据测量值得到频谱图，具体为：以测量值和测量设备的天线系数和线缆衰减的和生成频谱图。

6.如权利要求1所述的核电场景下的电磁环境检测方法，其特征在于，获取对应测点的电场强度和磁场强度，具体为：每个测点保持设定时间段的测量时间，以测量时间内场强的最大值作为得到的测量值。

7.如权利要求6所述的核电场景下的电磁环境检测方法，其特征在于，获取对应测点的电场强度和磁场强度的过程中，测试配置基于设定的设备电磁兼容鉴定试验结果，测量输出的结果中，横纵坐标单位一致或能够等效转换。

8.实现权利要求1-7任一项所述方法的电磁环境检测系统，其特征在于，包括：

磁场干扰测量模块，包括辐射环和环形天线，辐射环和环形天线分别与对应的接收机连接；

电场干扰测量模块，包括对数周期天线和喇叭天线，对数周期天线和喇叭天线分别与对应的接收机连接；

磁场干扰测量模块和电场干扰测量模块基于预先确定的测点，获得测点对应的电场强度频谱图和磁场强度频谱图，基于频谱图确定核电厂的电磁环境。

9.如权利要求8所述的核电场景下的电磁环境检测系统，其特征在于，所述磁场干扰测量模块覆盖的频段范围为a～b，a和b均为大于零的正整数并且a<b。

10.如权利要求8所述的核电场景下的电磁环境检测系统，其特征在于，所述电场干扰测量模块覆盖的频段范围为b～c，c为大于零的正整数并且b<c。