1、Technical Column46SAFETY&EMC No.1 20230引言近几年来，随着科学技术的快速发展，能源需求的增长愈加迫切1-2。为实现节能、环保和减排，我国将核能发电作为国家能源战略发展的重要组成部分之 一3。但发展核电走可持续发展道路的同时，也要解决随之而来的核安全问题4-5。摘 要：核电设备的安全性要求极高，为解决核电厂核辐射监测（KRT）系统实际工况下的误报警问题，在实验室环境下搭建了 KRT 系统抗瞬态脉冲干扰试验最小系统，提出了带有集总电容 C 的模拟测试方案，并从不同端口开展了电磁干扰注入试验。试验结果表明：模拟测试方案的抗扰度测试结果低于 GB/T17626.4
2、-2018 测试方案，较低的干扰等级就能触发 KRT 系统误报警；KRT 系统的敏感设备为本地信号处理显示单元（LPDU）及其探头回路，LPDU 敏感端口为探头线端口及主机接地端口，两端口的电磁瞬态最低抗扰等级分别为 220V、270V。安装及运维工程师现场操作时，要充分保护敏感回路，防止引入干扰；设备厂商应结合实际工况开展电磁抗扰试验，以使试验结果对于核电厂关键设备的安全运行及维护更有指导意义。关键词：核辐射监测系统；瞬态脉冲干扰；电磁干扰；闪发报警；本地信号处理显示单元引用格式:邵伟恒，孙尧，管嘉焕，等.核电厂核辐射监测系统误报警问题分析及对策 J.安全与电磁兼容，2023(1):46-4
3、9,65.ShaoWeiheng,SunYao,GuanJiahuan,etal.AnalysisandCountermeasureofFalseAlarmProblemofRadiationMonitoringSysteminNuclearPowerPlantJ.SAFETY&EMC,2023(1):46-49,65.(inChinese)Abstract：Thesafetyrequirementsofnuclearpowerequipmentareextremelyhigh.Inordertosolvefalsealarmproblemofnuclearradiationmonitorin
4、g(KRT)systeminnuclearpowerplantunderactualworkingconditions,theminimumKRTsystemfortransientpulseinterferencetestisbuiltinthelaboratoryenvironment,asimulationtestschemewithlumpedcapacitanceCisproposed,andelectromagneticinterferenceinjectiontestsarecarriedoutfromdifferentports.Thetestresultsshowthatth
5、eimmunitytestresultofthesimulationtestschemeislowerthanthatoftheGB/T17626.4-2018testscheme,andlowerinterferencelevelcantriggertheKRTsystemfalsealarm.ThesensitiveequipmentofKRTsystemisthelocalsignalprocessingdisplayunit(LPDU)anditsprobeloop.TheLPDUsensitiveportistheprobelineportandthehostgroundingpor
6、t.Theminimumimmunitylevelofelectromagnetictransientofthetwoportsis220Vand270Vrespectively.Theinstallation,operationandmaintenanceengineershouldfullyprotectthesensitiveloopduringon-siteoperationtopreventinterferenceintroduction;theequipmentmanufacturershouldcarryoutelectromagneticimmunitytestincombin
7、ationwiththeactualworkingconditionstomakethetestresultsmoreinstructiveforthesafeoperationandmaintenanceofkeyequipmentinthenuclearpowerplant.Keywords：nuclearradiationmonitoring(KRT)system;transientpulseinterference;electromagneticinterference;flashingalarm;localsignalprocessingdisplayunit(LPDU)核电厂核辐射
8、监测系统误报警问题分析及对策AnalysisandCountermeasureofFalseAlarmProblemofRadiationMonitoringSysteminNuclearPowerPlant1工业和信息化部电子第五研究所2武汉海王科技有限公司大连分公司3红沿河核电有限公司4西南科技大学信息工程学院邵伟恒1 孙尧2 管嘉焕3 黄权1 易志强4核电厂核辐射监测（KRT）系统由本地信号处理显示单元（LPDU）、核辐射探测探头、上位机监测系统三部分组成，核辐射探测探头通常安装于容易产生核辐射泄漏的位置，该位置通常距离 LPDU 很远，比如 30 m 或更长，核辐射监测探头探测的信号通
9、过高压传输至LPDU，LPDU 在本地对信号进行处理分析，判断辐射基金项目：广州市基础与应用基础研究项目（202201010060）技术专栏472023 年第 1 期 安全与电磁兼容是否超过阈值以及是否报警，并将该信号变成（420）mA/RS232 标准信号传输至上位机显示分析。KRT 系统是保障核电安全生产工作的重要监测设备，具有不间断监测、响应速度快和反馈辐射安全等特点6-8。KRT 系统能够出色地执行 IEC 61226-20209规定的核监测任务和预警功能，但核电厂工作环境复杂，该系统受到外界干扰（特别是瞬态脉冲电流干扰）时10，其本地信息处理单元会出现声光闪烁报警11-12。频繁报警
10、现象对核电厂的安全可靠运行及维护极为不利，亟需研究 KRT 系统在瞬态脉冲干扰注入下的敏感特性和机理，以针对性的给出提升系统抗干扰能力的建议。核电设备的安全性要求极高，必须通过 GB/T 17626.4-2018电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验要求的高标准电磁兼容抗扰测试。但由于核电现场工况复杂、干扰类型多，即使通过了众多 EMC 标准测试，由于安装、管理或者维护不当，仍然可能触发 LPDU 误报警，这一直是现场运维工程师十分头痛的问题。1KRT 系统受扰分析LPDU 是 KRT 系统中最重要的部分，其主要功能是分析探测器产生的幅度和频率信息，并在本地显示测试结果，然后将数
11、据传送到上位机以及超阈值报警等7。同时，LPDU 也是最容易受到干扰的部分，因此本文主要以 LPDU、闪烁体探测器、上位机电脑组成的 KRT 最小系统作为研究对象进行分析。核电厂运行过程中可能存在以下几种干扰源，其引入干扰的时刻为：电焊机作业时、蓄电池放电瞬间、雷电瞬间、日光灯动力线束投切和绝缘摇表放电瞬间 等13-17。这些大部分属于瞬态脉冲干扰，因此选取一款典型的瞬态脉冲群干扰开展后续的 KRT 最小系统抗扰实验。测试设备主要包括 KRT 最小系统、瞬态干扰源、耦合网络、示波器和线缆。瞬态脉冲干扰注入模拟试验分为接地线和探头线的瞬态干扰注入试验两部分。2接地线瞬态干扰注入试验瞬态脉冲干扰接
12、地线注入的试验原理图如图 1 所示，干扰注入点为位置 1。在试验电路中引入集总电容C=0.03 F，试验内容包括工况 1 加入和工况 2 不接集总电容 C（即探头与接地线之间开路）两部分的测试结果。测试探头监测四个点，监测点 1 是 420 mA 的输出，监测点 2 是集总电容的电流，监测点 3 是接地网络中的采样电阻电压峰峰值，监测点 4 是探头线靠近 LPDU 位置的共模电流干扰，该干扰通过 F-65（FCC）耦合钳测量，耦合钳输出的端口电压测量值与共模电流干扰成正相关，监测点 4 的真实电流值可以通过查阅耦合钳的转移阻抗进行运算得到。由于本文关心的是干扰相对值，因此并未进行换算。选择集总
13、电容来辅助分析系统的薄弱环节，集总电容 C 的数值是根据现场布置选取的。通常 LPDU 的探头线会布置的很长，探头与 LPDU 主机相隔约 30 m，同时围绕探头线缆会布置 30 m 长的环形接地防护网络，且这种接地网络并未与整个系统地分开并单独铺设，这种布置会导致探头屏蔽层和接地网络之间存在分布电容，干扰源也会通过接地网络引入干扰。为简化处理，将该分布电容等效为集总电容 C=0.03 F。2.1 加入集总电容的测试波形在 LPDU 探头外壳处接入集总电容 C，然后设置瞬态干扰源的瞬态触发频率为 1 MHz，干扰触发时间为 500 s，即发射 500 个瞬态干扰脉冲，干扰重复周期 120 ms
14、，测试时间 5 s。然后将干扰源电压逐渐提高，直至 LPDU 声光报警。图 2 给出了两种注入电压（390 V，400 V）下各监测点的干扰测量结果。从图 2 干扰测试结果可以看出，四个监测点的干扰互相同步，其周期与注入的电磁干扰一致，说明这些干扰量值是由于注入干扰引起的。图 2 右侧给出了各监测点的干扰峰峰值，这些峰峰值可用于分析干扰的主要回流路径。2.2 不加集总电容的测试波形去掉图 1 中的集总电容 C，即探头与接地线断开，这也是 LPDU 进行标准实验时的典型布置，试验其他布置和仪表参数设置同 2.1 节。图 3 给出了两种注入电压图 1 瞬态脉冲干扰接地线注入原理图Technical
15、 Column48SAFETY&EMC No.1 2023（390 V 和 450 V）下各监测点的干扰测量结果，在这两种电压下，KRT 系统并未产生报警。对比图 2、图 3 可以看出，加与不加集总电容的干扰波形有较大的差异，以监测点 4 的 LPDU 探头线共模电流为例，在 390 V 注入电压干扰下，加电容情况的 1.57 V 干扰峰峰值远大于不加电容时候的 0.92 V，这也说明耦合电容的加入导致干扰在 LPDU 探头线上的回流增多，增加电容更容易引起误报警，说明探头线对干扰回流很敏感。2.3 接地线注入干扰不同工况下的对比分析按照 2.1 节和 2.2 节的分析思路，继续增加试验电压等
16、级，分析接地线注入干扰时系统的抗扰能力。具体测试数据见表 1，可以看出，工况 1 可耐受 390 V 的电压，干扰电压达到 400 V 时，会触发误报警；工况 2 可耐受电压大于 450 V（大于该值并未开展测试），可能的原因是，干扰从接地线注入，在这种未接集总电容的情况下，流入探头线的干扰电流下降，干扰电流主要从其他路径流出，从而使 LPDU 系统的抗扰能力增强。3探头线瞬态干扰注入试验 瞬态脉冲干扰从 LPDU 探头屏蔽层馈入（图 1 中位置 2）。试验内容、监测点位置、试验设置与第 2 节一致。试验现象和各监测点的干扰信号大小见表 2。从表 2 可以看出，LPDU 探头外壳接电容 C（工况 1）且干扰源电压为 280 V 时，产生声光报警，探头耦合电压峰峰值为 1.25 V；LPDU 探头外壳与电容 C 断开（工况 2）时，230 V 试验电压产生报警，探头耦合电压峰峰值为 1.81 V。4试验数据分析瞬态脉冲干扰注入模拟试验通过容性耦合的方式对 LPDU 的关键端口进行了抗扰能力测试，同时监测了表 1 接地线注入干扰时各监测点测量结果及报警情况测试工况干扰源电压/V电流/mA电
