某核电厂烟囱流量计防雷改进

2020-08-13林国强

科学技术创新 2020年23期

林国强

（大亚湾核电运营管理有限责任公司，广州深圳518124）

1 背景和意义

某核电厂烟囱流量计安装在反应堆穹顶烟囱护栏平台，为两台机组共用设备，测量核辅助厂房烟囱排入环境的废气量，用以计算排放至环境的放射性物质总量，监视废气活性的异常变化等。流量计设计时未设置防雷装置，且现场屏蔽接地方式不利于防雷，现场发生过雷击产生的干扰经流量计信号传输通道并最终导致集中控制模拟量机柜部分信号波动的情况。

本文描述核电厂的最新应用实践，即信号回路增加防雷端子箱和光电隔离装置、电源回路增加电涌保护器、信号屏蔽线分段接地等方式，来减小雷击干扰通过流量计信号传输通道对集中控制模拟量机柜内重要信号及电源的影响。

2 现场问题及改进方案

2.1 现场问题

实施本改进前，电厂已对现场存在的缺陷和隐患做了如下改进措施：对信号回路的屏蔽线的接地方式进行改进；对部分室外电缆增加金属管并将金属管接地以增强屏蔽效果等；但上述措施仍然不足以消除雷击干扰的风险，需要进一步落实加强改进措施。

2.2 现场情况核查

雷击分为直接雷击和感应雷击，历次雷击发生时烟囱流量计均没有损坏，且流量计周围有位置更高的避雷针和避雷带，其受到直接击雷的概率较小，分析认为雷击影响集中控制模拟量机柜的干扰信号来源于感应雷击。烟囱流量计及电缆与烟囱避雷针引下线距离较近甚至等电位连接，且信号通道均未设计防雷装置，当避雷针接闪后，在附近的烟囱流量计信号回路感应出较强干扰信号，干扰信号通过信号线和屏蔽线进入集中控制模拟量系统机柜，影响抗干扰能力较弱的信号，产生信号波动，触发报警。

2.3 改进方案

经详细分析和研究，制定了如下加强改进方案：

a.在烟囱流量计信号回路加装安全级防雷端子箱，释放大部分干扰电流；

b.在防雷装置后增加1 个安全级光电隔离箱，在防雷装置（防雷端子）失效时，阻断电磁干扰进入集中控制模拟量机柜；

c.实施上述改进过程中，优化屏蔽接地方式。

以其中一个烟囱流量计为例说明，改进前后信号通道示意图见图1 和图2。

图1 改进前烟囱流量计测量通道示意图

图2 改进后烟囱流量计信号通道示意图

安全级防雷端子箱，主要设备为防雷端子，并经过核级K3级鉴定，原理相对简单，本文不再详细叙述。下文主要针对安全级光电隔离箱做分析和描述。

2.3.1 安全级光电隔离箱配置设计

改进实施前，光电转换装置和电涌保护器尚无成熟的核级K3 级产品，需重新设计并在集成后完成核级K3 级鉴定试验。

新增安全级光电隔离箱内置2 个光纤中继器(发射端和接收端)，用光纤连接，实现电流信号→光信号→电流信号的转化,阻断雷击产生的电磁干扰，保护集中控制模拟量机柜（KRG 机柜）柜内设备。

新增的光电隔离箱内配置：光纤发送模块1 个、光纤接收模块1 个、220V/24VDC 隔离电源2 个、空气开关1 个、电源浪涌保护器1 个、接地铜排及接线端子若干。

光电隔离箱内的光纤发送模块采用Artek 公司的AHFT-2100/T 型产品，工作电源24VDC±10%, 200mA，精度±0.05%，输入阻抗128 欧姆，可通过内部跳线设置实现有源或无源4-20mA 信号的匹配，进行单路4～20mA 模拟量信号与光信号的转换。

光电隔离箱内的光纤接收模块同样选用Artek 公司的AHFT-2100/T 型产品，工作电源24VDC±10%，精度±0.05%，输出阻抗600 欧姆，可将单路光信号转换为4-20mA 有源信号。

光电隔离箱内设置电源浪涌保护器，目的是防止雷击对光电隔离箱上游220VAC 电源的影响。整个核岛厂房全部区域作为一个共同的防雷保护区LPZ1，厂房外部为LPZ0，根据国标GB_50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》，选用（标称放电电流In）二类测试的浪涌保护器。本改进选用菲尼克斯VAL-SEC-T2 浪涌保护器，额定电压240VAC,50HZ,最大持续工作电压359VAC，额定负载电流40A，标称放电电流20KA，最大放电电流40KA。

2.3.2 信号回路负载评估

流量计至光纤发送模块之间信号回路负载评估：防雷端子箱内串联有2 个55 欧姆的热敏电阻，现场变送器至光电隔离箱的线阻约3 欧姆，AHFT-2100/T 光纤发送模块的输入阻抗为128 欧姆，回路总负载约为241 欧姆，原有流量计配置的就地处理板卡(频率转电流模块)的输出阻抗能力（带载能力）为600欧姆，大于回路总负载，满足要求。

光纤接收模块至集中控制模拟量（KRG）机柜之间信号回路负载评估：集中控制模拟量机柜内对应板卡输入阻抗为250 欧姆，光电隔离箱至集中控制模拟量机柜的线阻约1 欧姆，回路总负载约为251 欧姆，小于AHFT-2100/R 光纤接收模块600 欧姆的带载能力，满足要求。

2.3.3 对通道响应时间影响评估

改进增加的信号回路设备光纤发送模块和光纤接收模块的响应时间均小于2ms，因此改进后整个通道的响应时间最多会增加4ms，模拟量通道对响应时间要求不高，4ms 的增加对信号采集不会产生影响。