林國(guó)強(qiáng)

（大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司，廣州 深圳518124）

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(cè)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)境的放射性物質(zhì)總量，監(jiān)視廢氣活性的異常變化等。流量計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)未設(shè)置防雷裝置，且現(xiàn)場(chǎng)屏蔽接地方式不利于防雷，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生過雷擊產(chǎn)生的干擾經(jīng)流量計(jì)信號(hào)傳輸通道并最終導(dǎo)致集中控制模擬量機(jī)柜部分信號(hào)波動(dòng)的情況。

本文描述核電廠的最新應(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(lái)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(chǎng)問題及改進(jìn)方案

2.1 現(xiàn)場(chǎng)問題

實(shí)施本改進(jìn)前，電廠已對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(lái)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。

圖1 改進(jìn)前煙囪流量計(jì)測(cè)量通道示意圖

圖2 改進(jìn)后煙囪流量計(jì)信號(hào)通道示意圖

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(jiǎn)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(wú)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(wú)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L(zhǎng)PZ0，根據(jù)國(guó)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(cè)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,最大持續(xù)工作電壓359VAC，額定負(fù)載電流40A，標(biāo)稱放電電流20KA，最大放電電流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(chǎng)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(頻率轉(zhuǎn)電流模塊)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)間最多會(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(yǔ)

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。