某核電廠煙囪流量計防雷改進

林國強

（大亞灣核電運營管理有限責任公司，廣州 深圳518124）

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境的廢氣量，用以計算排放至環境的放射性物質總量，監視廢氣活性的異常變化等。流量計設計時未設置防雷裝置，且現場屏蔽接地方式不利于防雷，現場發生過雷擊產生的干擾經流量計信號傳輸通道并最終導致集中控制模擬量機柜部分信號波動的情況。

本文描述核電廠的最新應用實踐，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重要信號及電源的影響。

2 現場問題及改進方案

2.1 現場問題

實施本改進前，電廠已對現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 現場情況核查

雷擊分為直接雷擊和感應雷擊，歷次雷擊發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機柜，影響抗干擾能力較弱的信號，產生信號波動，觸發報警。

2.3 改進方案

經詳細分析和研究，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。

圖1 改進前煙囪流量計測量通道示意圖

圖2 改進后煙囪流量計信號通道示意圖

安全級防雷端子箱，主要設備為防雷端子，并經過核級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置2 個光纖中繼器(發射端和接收端)，用光纖連接，實現電流信號→光信號→電流信號的轉化,阻斷雷擊產生的電磁干擾，保護集中控制模擬量機柜（KRG 機柜）柜內設備。

新增的光電隔離箱內配置：光纖發送模塊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。

光電隔離箱內的光纖發送模塊采用Artek 公司的AHFT-2100/T 型產品，工作電源24VDC±10%, 200mA，精度±0.05%，輸入阻抗128 歐姆，可通過內部跳線設置實現有源或無源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。

光電隔離箱內的光纖接收模塊同樣選用Artek 公司的AHFT-2100/T 型產品，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域作為一個共同的防雷保護區LPZ1，廠房外部為LPZ0，根據國標GB_50343-2012《建筑物電子信息系統防雷技術規范》，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,最大持續工作電壓359VAC，額定負載電流40A，標稱放電電流20KA，最大放電電流40KA。

2.3.2 信號回路負載評估

流量計至光纖發送模塊之間信號回路負載評估：防雷端子箱內串聯有2 個55 歐姆的熱敏電阻，現場變送器至光電隔離箱的線阻約3 歐姆，AHFT-2100/T 光纖發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(頻率轉電流模塊)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最多會增加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生影響。

結束語

落實上述防雷實踐應用，至截稿之日已經經歷了兩次雷雨高發季，未再出現因為雷電干擾電廠控制系統或板件的情況，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。