摘 要：針對(duì)某核電廠煙囪流量計(jì)抗雷擊能力較弱的情況，配置安全級(jí)防雷端子箱，創(chuàng)新應(yīng)用安全級(jí)光電隔離箱，提升核電廠 煙囪流量計(jì)的抗雷擊能力以及減少對(duì)核電廠集中控制模擬量機(jī)柜的沖擊干擾。
1、背景和意義
某核電廠煙囪流量計(jì)安裝在反應(yīng)堆穹頂煙囪護(hù)欄平臺(tái)，為兩臺(tái)機(jī)組共用設(shè)備，測量核輔助廠房煙囪排入環(huán)境的廢氣量，用以計(jì)算排放至環(huán)境的放射性物謘hou芰浚嗍臃掀钚緣囊斐?變化等。流量計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)未設(shè)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(jì)信號(hào)傳輸通 道并#終導(dǎo)致集中控制模擬量機(jī)柜部分信號(hào)波動(dòng)的情況。 本文描述核電廠的#新應(yīng)用實(shí)踐，即信號(hào)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(hù)器、信號(hào)屏蔽線分段接地等方式，來減小雷擊干擾通過流量計(jì)信號(hào)傳輸通道對(duì) 集中控制模擬量機(jī)柜內(nèi)重要信號(hào)及電源的影響。
2 現(xiàn)場問題及改進(jìn)方案
2.1 現(xiàn)場問題
實(shí)施本改進(jìn)前，電廠已對(duì)現(xiàn)場存在的缺陷和隱患做了如下改進(jìn)措施：對(duì)信號(hào)回路的屏蔽線的接地方式進(jìn)行改進(jìn)；對(duì)部分室 外電纜增加金屬管并將金屬管接地以增強(qiáng)屏蔽效果等；但上述 措施仍然不足以消除雷擊干擾的風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)一步落實(shí)加強(qiáng)改進(jìn)措施。
2.2 現(xiàn)場情況核查
雷擊分為直接雷擊和感應(yīng)雷擊，歷次雷擊發(fā)生時(shí)煙囪流量計(jì)均沒有損壞，且流量計(jì)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(rèn)為雷擊影響集中控制模擬量 機(jī)柜的干擾信號(hào)來源于感應(yīng)雷擊。煙囪流量計(jì)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(hào)通道均未設(shè)計(jì)防 雷裝置，當(dāng)避雷針接閃后，在附近的煙囪流量計(jì)信號(hào)回路感應(yīng)出 較強(qiáng)干擾信號(hào)，干擾信號(hào)通過信號(hào)線和屏蔽線進(jìn)入集中控制模 擬量系統(tǒng)機(jī)柜，影響抗干擾能力較弱的信號(hào)，產(chǎn)生信號(hào)波動(dòng)，觸 發(fā)報(bào)警。
2.3 改進(jìn)方案
經(jīng)詳細(xì)分析和研究，制定了如下加強(qiáng)改進(jìn)方案：
a.在煙囪流量計(jì)信號(hào)回路加裝安全級(jí)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(gè)安全級(jí)光電隔離箱，在防雷裝置 （防雷端子）失效時(shí)，阻斷電磁干擾進(jìn)入集中控制模擬量機(jī)柜；
c.實(shí)施上述改進(jìn)過程中，優(yōu)化屏蔽接地方式。
以其中一個(gè)煙囪流量計(jì)為例說明，改進(jìn)前后信號(hào)通道示意圖見圖 1 和圖 2
安全級(jí)防雷端子箱，主要設(shè)備為防雷端子，并經(jīng)過核級(jí) K3 級(jí)鑒定，原理相對(duì)簡單，本文不再詳細(xì)敘述。下文主要針對(duì)安全 級(jí)光電隔離箱做分析和描述。
2.3.1 安全級(jí)光電隔離箱配置設(shè)計(jì)
改進(jìn)實(shí)施前，光電轉(zhuǎn)換裝置和電涌保護(hù)器尚無成熟的核級(jí) K3 級(jí)產(chǎn)品，需重新設(shè)計(jì)并在集成后完成核級(jí) K3 級(jí)鑒定試驗(yàn)。
新增安全級(jí)光電隔離箱內(nèi)置 2 個(gè)光纖中繼器 (發(fā)射端和接收端)，用光纖連接，實(shí)現(xiàn)電流信號(hào)→光信號(hào)→電流信號(hào)的轉(zhuǎn)化, 阻斷雷擊產(chǎn)生的電磁干擾，保護(hù)集中控制模擬量機(jī)柜（KRG 機(jī) 柜）柜內(nèi)設(shè)備。
新增的光電隔離箱內(nèi)配置：光纖發(fā)送模塊 1 個(gè)、光纖接收模 塊 1 個(gè)、220V/24VDC 隔離電源 2 個(gè)、空氣開關(guān) 1 個(gè)、電源浪涌保 護(hù)器 1 個(gè)、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(shè)置實(shí)現(xiàn)有源或無 源 4-20mA 信號(hào)的匹配，進(jìn)行單路 4～20mA 模擬量信號(hào)與光信 號(hào)的轉(zhuǎn)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(hào)轉(zhuǎn)換為 4-20mA 有源信號(hào)。
光電隔離箱內(nèi)設(shè)置電源浪涌保護(hù)器，目的是防止雷擊對(duì)光 電隔離箱上游 220VAC 電源的影響。整個(gè)核島廠房全部區(qū)域作為一個(gè)共同的防雷保護(hù)區(qū) LPZ1，廠房外部為 LPZ0，根據(jù)國標(biāo) GB_50343-2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》，選用（標(biāo)稱放電電流 In）二類測試的浪涌保護(hù)器。本改進(jìn)選用菲尼克斯 VAL-SEC-T2 浪涌保護(hù)器，額定電壓 240VAC,50HZ,#大持續(xù)工 作電壓 359VAC，額定負(fù)載電流 40A，標(biāo)稱放電電流 20KA，#大 放電電流 40KA。
2.3.2 信號(hào)回路負(fù)載評(píng)估
流量計(jì)至光纖發(fā)送模塊之間信號(hào)回路負(fù)載評(píng)估：防雷端子 箱內(nèi)串聯(lián)有 2 個(gè) 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(fù)載約為 241 歐姆，原有流量計(jì)配置的就地 處理板卡(頻聅hou緦髂？?的輸出阻抗能力（帶載能力）為 600歐姆，大于回路總負(fù)載，滿足要求。
光纖接收模塊至集中控制模擬量（KRG）機(jī)柜之間信號(hào)回路 負(fù)載評(píng)估：集中控制模擬量機(jī)柜內(nèi)對(duì)應(yīng)板卡輸入阻抗為 250 歐 姆，光電隔離箱至集中控制模擬量機(jī)柜的線阻約 1 歐姆，回路總 負(fù)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(duì)通道響應(yīng)時(shí)間影響評(píng)估
改進(jìn)增加的信號(hào)回路設(shè)備光纖發(fā)送模塊和光纖接收模塊的 響應(yīng)時(shí)間均小于 2ms，因此改進(jìn)后整個(gè)通道的響應(yīng)時(shí)間#多會(huì)增加 4ms，模擬量通道對(duì)響應(yīng)時(shí)間要求不高，4ms 的增加對(duì)信號(hào) 采集不會(huì)產(chǎn)生影響。
結(jié)束語
落實(shí)上述防雷實(shí)踐應(yīng)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?yàn)槔纂姼蓴_電廠控制系統(tǒng)或板件的情況， 實(shí)踐證明上述防雷實(shí)踐能有效降低核電廠集中控制模擬量機(jī)柜受感應(yīng)雷擊的干擾和影響；光電隔離箱的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，還 可以作為核電廠其他戶外模擬量信號(hào)通道防雷擊措施的設(shè)計(jì)參考。
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