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1、背景和意義 

 

某核電廠煙囪流量計安裝在反應堆穹頂煙囪護欄平臺，為兩臺機組共用設備，測量核輔助廠房煙囪排入環(huán)境的廢氣量，用以計算排放至環(huán)境的放射性物謘hou芰浚�监视废气活芯壞异�?變化等。流量計設計時未設置防雷裝置，且現(xiàn)場屏蔽接地方式不利于防雷，現(xiàn)場發(fā)生過雷擊產(chǎn)生的干擾經(jīng)流量計信號傳輸通 道并#終導致集中控制模擬量機柜部分信號波動的情況。 本文描述核電廠的#新應用實踐，即信號回路增加防雷端 子箱和光電隔離裝置、電源回路增加電涌保護器、信號屏蔽線分段接地等方式，來減小雷擊干擾通過流量計信號傳輸通道對 集中控制模擬量機柜內(nèi)重要信號及電源的影響。 

 

2 現(xiàn)場問題及改進方案 

 

2.1 現(xiàn)場問題 

實施本改進前，電廠已對現(xiàn)場存在的缺陷和隱患做了如下改進措施：對信號回路的屏蔽線的接地方式進行改進；對部分室 外電纜增加金屬管并將金屬管接地以增強屏蔽效果等；但上述 措施仍然不足以消除雷擊干擾的風險，需要進一步落實加強改進措施。

 

2.2 現(xiàn)場情況核查

雷擊分為直接雷擊和感應雷擊，歷次雷擊發(fā)生時煙囪流量計均沒有損壞，且流量計周圍有位置更高的避雷針和避雷帶，其 受到直接擊雷的概率較小，分析認為雷擊影響集中控制模擬量 機柜的干擾信號來源于感應雷擊。煙囪流量計及電纜與煙囪避 雷針引下線距離較近甚至等電位連接，且信號通道均未設計防 雷裝置，當避雷針接閃后，在附近的煙囪流量計信號回路感應出 較強干擾信號，干擾信號通過信號線和屏蔽線進入集中控制模 擬量系統(tǒng)機柜，影響抗干擾能力較弱的信號，產(chǎn)生信號波動，觸 發(fā)報警。

 

2.3 改進方案

經(jīng)詳細分析和研究，制定了如下加強改進方案：

a.在煙囪流量計信號回路加裝安全級防雷端子箱，釋放大 部分干擾電流；

 

b.在防雷裝置后增加 1 個安全級光電隔離箱，在防雷裝置 （防雷端子）失效時，阻斷電磁干擾進入集中控制模擬量機柜；

 

c.實施上述改進過程中，優(yōu)化屏蔽接地方式。

 

以其中一個煙囪流量計為例說明，改進前后信號通道示意圖見圖 1 和圖 2

安全級防雷端子箱，主要設備為防雷端子，并經(jīng)過核級 K3 級鑒定，原理相對簡單，本文不再詳細敘述。下文主要針對安全 級光電隔離箱做分析和描述。

 

2.3.1 安全級光電隔離箱配置設計

改進實施前，光電轉換裝置和電涌保護器尚無成熟的核級 K3 級產(chǎn)品，需重新設計并在集成后完成核級 K3 級鑒定試驗。

 

新增安全級光電隔離箱內(nèi)置 2 個光纖中繼器 (發(fā)射端和接收端)，用光纖連接，實現(xiàn)電流信號→光信號→電流信號的轉化, 阻斷雷擊產(chǎn)生的電磁干擾，保護集中控制模擬量機柜（KRG 機 柜）柜內(nèi)設備。

 

新增的光電隔離箱內(nèi)配置：光纖發(fā)送模塊 1 個、光纖接收模 塊 1 個、220V/24VDC 隔離電源 2 個、空氣開關 1 個、電源浪涌保 護器 1 個、接地銅排及接線端子若干。

 

光 電 隔 離 箱 內(nèi) 的 光 纖 發(fā) 送 模 塊 采 用 Artek 公 司 的 AHFT-2100/T 型產(chǎn)品，工作電源 24VDC±10%, 200mA，精度±0.05%，輸入阻抗 128 歐姆，可通過內(nèi)部跳線設置實現(xiàn)有源或無 源 4-20mA 信號的匹配，進行單路 4～20mA 模擬量信號與光信 號的轉換。

 

光電隔離箱內(nèi)的光纖接收模塊同樣選用 Artek 公司的 AHFT-2100/T 型產(chǎn)品，工作電源 24VDC±10%，精度±0.05%，輸 出阻抗 600 歐姆，可將單路光信號轉換為 4-20mA 有源信號。

 

光電隔離箱內(nèi)設置電源浪涌保護器，目的是防止雷擊對光 電隔離箱上游 220VAC 電源的影響。整個核島廠房全部區(qū)域作為一個共同的防雷保護區(qū) LPZ1，廠房外部為 LPZ0，根據(jù)國標 GB_50343-2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》，選用（標稱放電電流 In）二類測試的浪涌保護器。本改進選用菲尼克斯 VAL-SEC-T2 浪涌保護器，額定電壓 240VAC,50HZ,#大持續(xù)工 作電壓 359VAC，額定負載電流 40A，標稱放電電流 20KA，#大 放電電流 40KA。

 

2.3.2 信號回路負載評估

流量計至光纖發(fā)送模塊之間信號回路負載評估：防雷端子 箱內(nèi)串聯(lián)有 2 個 55 歐姆的熱敏電阻，現(xiàn)場變送器至光電隔離箱 的線阻約 3 歐姆，AHFT-2100/T 光纖發(fā)送模塊的輸入阻抗為128 歐姆，回路總負載約為 241 歐姆，原有流量計配置的就地 處理板卡(頻聅hou�稻岟模�?的輸出阻抗能力（帶載能力）為 600歐姆，大于回路總負載，滿足要求。

 

光纖接收模塊至集中控制模擬量（KRG）機柜之間信號回路 負載評估：集中控制模擬量機柜內(nèi)對應板卡輸入阻抗為 250 歐 姆，光電隔離箱至集中控制模擬量機柜的線阻約 1 歐姆，回路總 負載約為 251 歐姆，小于 AHFT-2100/R 光纖接收模塊 600 歐姆 的帶載能力，滿足要求。

 

2.3.3 對通道響應時間影響評估

改進增加的信號回路設備光纖發(fā)送模塊和光纖接收模塊的 響應時間均小于 2ms，因此改進后整個通道的響應時間#多會增加 4ms，模擬量通道對響應時間要求不高，4ms 的增加對信號 采集不會產(chǎn)生影響。

 

結束語

落實上述防雷實踐應用，至截稿之日已經(jīng)經(jīng)歷了兩次雷雨 高發(fā)季，未再出現(xiàn)因為雷電干擾電廠控制系統(tǒng)或板件的情況， 實踐證明上述防雷實踐能有效降低核電廠集中控制模擬量機柜受感應雷擊的干擾和影響；光電隔離箱的創(chuàng)新設計方案，還 可以作為核電廠其他戶外模擬量信號通道防雷擊措施的設計參考。