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?hou芰浚?嗍臃掀?钚缘囊斐 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#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#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

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,#大持续工 作电压 359VAC，额定负载电流 40A，标称放电电流 20KA，#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?hou?缌髂？?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#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。

 

结束语

落实上述防雷实践应用，至截稿之日已经经历了两次雷雨 高发季，未再出现因为雷电干扰电厂控制系统或板件的情况， 实践证明上述防雷实践能有效降低核电厂集中控制模拟量机柜受感应雷击的干扰和影响；光电隔离箱的创新设计方案，还 可以作为核电厂其他户外模拟量信号通道防雷击措施的设计参考。