用于核电站机组的光电隔离箱及光电隔离系统论文和设计

全文摘要

本申请涉及核电站输配电及保护技术领域，公开了一种用于核电站机组的光电隔离箱及光电隔离系统，光电隔离箱包括光电发射装置、光电接收装置和电源处理装置，光电发射装置连接光电接收装置，电源处理装置连接光电发射装置，电源处理装置连接光电接收装置，电源处理装置用于连接外部交流电源，光电发射装置用于连接核电站机组的流量变送器，光电接收装置用于连接核电站机组的安全级机柜。当雷雨天气或者核电站机组设备运行不稳定产生电磁干扰时，通过光电隔离箱能够屏蔽电磁信号对保护组重要信号的干扰，从而减小了跳机、跳堆的风险，有效地了传统的核电站机组运行可靠性差的问题。

主设计要求

1.一种用于核电站机组的光电隔离箱，其特征在于，所述光电隔离箱包括光电发射装置、光电接收装置和电源处理装置，所述光电发射装置连接所述光电接收装置，所述电源处理装置连接所述光电发射装置，所述电源处理装置连接所述光电接收装置，所述电源处理装置用于连接外部交流电源，所述光电发射装置用于连接所述核电站机组的流量变送器，所述光电接收装置用于连接所述核电站机组的安全级机柜。

设计方案

2.根据权利要求1所述的光电隔离箱，其特征在于，所述电源处理装置包括第一电源处理器和第二电源处理器，所述第一电源处理器连接所述光电发射装置，所述第二电源处理器连接所述光电接收装置，所述第一电源处理器和所述第二电源处理器分别连接外部交流电源。

3.根据权利要求2所述的光电隔离箱，其特征在于，所述光电隔离箱还包括浪涌保护器，所述第一电源处理器和所述第二电源处理器分别连接所述浪涌保护器，所述浪涌保护器连接外部交流电源。

4.根据权利要求3所述的光电隔离箱，其特征在于，所述光电隔离箱还包括断路器，所述浪涌保护器连接所述断路器，所述断路器连接外部交流电源。

5.根据权利要求4所述的光电隔离箱，其特征在于，所述光电隔离箱还包括箱体，所述光电发射装置、所述光电接收装置、所述第一电源处理器、所述第二电源处理器、所述浪涌保护器和所述断路器均设置于所述箱体内部。

6.一种用于核电站机组的光电隔离系统，其特征在于，所述系统包括流量变送器、安全级机柜和权利要求1-5任一项所述的光电隔离箱，所述光电隔离箱的光电发射装置连接所述流量变送器，所述光电隔离箱的光电发射装置连接所述安全级机柜。

7.根据权利要求6所述的光电隔离系统，其特征在于，所述系统还包括防雷端子箱，所述光电发射装置连接所述防雷端子箱，所述防雷端子箱连接所述流量变送器，所述防雷端子箱接地。

8.根据权利要求7所述的光电隔离系统，其特征在于，所述防雷端子箱包括防雷端子和热敏电阻，所述防雷端子连接所述流量变送器，所述热敏电阻连接所述光电发射装置。

9.根据权利要求6所述的光电隔离系统，其特征在于，所述流量变送器为涡轮式流量计，所述电源处理装置还连接所述涡轮式流量计。

10.根据权利要求6所述的光电隔离系统，其特征在于，所述流量变送器为罗斯蒙特智能变送器。

设计说明书

技术领域

本申请涉及核电站输配电及保护技术领域，特别是涉及一种用于核电站机组的光电隔离箱及光电隔离系统。

背景技术

核能发电是一种利用核反应堆中核裂变所释放的热能进行发电的方式，核能发电不会像化石燃料发电一样产生大量的污染物排放到大气中，同时核能发电的燃料费用所占比例较低，具有低污染、发电成本较为稳定等优点。

传统的核电站机组在运行过程中，由于流量变送器往往安装在户外高位，容易受到雷击的影响，使得核电厂的保护组重要信号波动发生异常。因此，传统的核电站机组存在运行可靠性差的缺点。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统的核电站机组运行可靠性差的问题，提供一种用于核电站机组的光电隔离箱及光电隔离系统。

一种用于核电站机组的光电隔离箱，所述光电隔离箱包括光电发射装置、光电接收装置和电源处理装置，所述光电发射装置连接所述光电接收装置，所述电源处理装置连接所述光电发射装置，所述电源处理装置连接所述光电接收装置，所述电源处理装置用于连接外部交流电源，所述光电发射装置用于连接所述核电站机组的流量变送器，所述光电接收装置用于连接所述核电站机组的安全级机柜。

在一个实施例中，所述电源处理装置包括第一电源处理器和第二电源处理器，所述第一电源处理器连接所述光电发射装置，所述第二电源处理器连接所述光电接收装置，所述第一电源处理器和所述第二电源处理器分别连接外部交流电源。

在一个实施例中，所述光电隔离箱还包括浪涌保护器，所述第一电源处理器和所述第二电源处理器分别连接所述浪涌保护器，所述浪涌保护器连接外部交流电源。

在一个实施例中，所述光电隔离箱还包括断路器，所述浪涌保护器连接所述断路器，所述断路器连接外部交流电源。

在一个实施例中，所述光电隔离箱还包括箱体，所述光电发射装置、所述光电接收装置、所述第一电源处理器、所述第二电源处理器、所述浪涌保护器和所述断路器均设置于所述箱体内部。

一种用于核电站机组的光电隔离系统，所述系统包括流量变送器、安全级机柜和上述的光电隔离箱，所述光电隔离箱的光电发射装置连接所述流量变送器，所述光电隔离箱的光电发射装置连接所述安全级机柜。

在一个实施例中，所述系统还包括防雷端子箱，所述光电发射装置连接所述防雷端子箱，所述防雷端子箱连接所述流量变送器，所述防雷端子箱接地。

在一个实施例中，所述防雷端子箱包括防雷端子和热敏电阻，所述防雷端子连接所述流量变送器，所述热敏电阻连接所述光电发射装置。

在一个实施例中，所述流量变送器为涡轮式流量计，所述电源处理装置还连接所述涡轮式流量计。

在一个实施例中，所述流量变送器为罗斯蒙特智能变送器。

上述用于核电站机组的光电隔离箱及光电隔离系统，光电隔离箱包括光电发射装置、光电接收装置和电源处理装置，其中光电发射装置连接核电站机组的流量变送器，光电接收装置连接核电站机组的安全级机柜，电源处理装置分别为光电发射装置和光电接收装置供电，当雷雨天气或者核电站机组设备运行不稳定产生电磁干扰时，通过光电隔离箱能够屏蔽电磁信号对保护组重要信号的干扰，从而减小了跳机、跳堆的风险，有效地了传统的核电站机组运行可靠性差的问题。

附图说明

图1为一实施例中用于核电站机组的光电隔离箱结构示意图；

图2为另一实施例中用于核电站机组的光电隔离箱结构示意图；

图3为一实施例中用于核电站机组的光电隔离系统结构示意图；

图4为另一实施例中用于核电站机组的光电隔离系统结构示意图；

图5为又一实施例中用于核电站机组的光电隔离系统结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

请参阅图1，一种用于核电站机组的光电隔离箱，光电隔离箱包括光电发射装置110、光电接收装置120和电源处理装置130，光电发射装置110连接光电接收装置120，电源处理装置130连接光电发射装置110，电源处理装置130连接光电接收装置120，电源处理装置130用于连接外部交流电源230，光电发射装置110用于连接核电站机组的流量变送器210，光电接收装置120用于连接核电站机组的安全级机柜220。

具体地，光电发射装置110是一种能够接收电信号并将电信号转化为光信号进行发送的装置，光电接收装置120接收光电发装置发送的光信号，然后将光信号转化为电信号进行传输。即通过光电隔离箱的设置，使得核电站机组的流量变速器发送的电流模拟信号以光信号的形式进行传输，当雷雨天气或者核电站机组设备的运行不稳定，产生电磁干扰时，电磁干扰信号没办法发送到核电站机组的下游设备(即安全级机柜220)，以达到屏蔽电磁干扰的目的。电源处理装置130分别与光电发射装置110和光电接收装置120连接，用于为光电发射装置110和光电接收装置120提供工作电源。流量变送器210又称为流量传感器简称为流量计，能够将采集的流量信息转化为电信号，然后发送至光电发射装置110进行处理。可以理解，光电发射装置110和光电接收装置120的类型并不是唯一中的，在一个实施例中，光电发射装置110为光纤发射装置，光电接收装置120为光纤接收装置，相应的，光纤发射装置和光纤接收装置之间通过光纤连接，实现光信号的传输。在其它实施例中，还可以是其它类型的光电发射装置110和光电接收装置120，只要能够将流量变送器210发送的电信号转换为光信号进行传输均可。

应当指出的是，由于外部交流电源230一般为220V交流电源，而光电发射装置110或者光电接收装置120的工作电源往往是较小的直流电源，例如24V直流电源，为了向光电发射装置110或者光纤接收装置提供安全。稳定的工作电源，往往需要对外部交流电源230进行处理。在一个实施例中，电源处理装置130包括整流器和直流降压器，整流器连接外部交流电源230和直流降压器，直流降压器分别与光电发射装置110和光电接收装置120连接，将外部交流电源230转换为220V直流电源后输出至直流降压器，通过直流降压器将220V直流电源降为24V直流交流电源，最后输送至光电发射装置110或者光电接收装置120，控制光电发射装置110或者光电接收装置120稳定运行。在其它实施例中，电源处理处理装置的内部结构还可以是其它类型，例如首先进行交流降压处理，然后再将降压后的交流电源转换为直流电源等，只要能够将外部交流电源230转换为适合光电发射装置110或者光电接收装置120工作的直流电源均可。

在一个实施例中，请参阅图2，电源处理装置130包括第一电源处理器131和第二电源处理器132，第一电源处理器131连接光电发射装置110，第二电源处理器132连接光电接收装置120，第一电源处理器131和第二电源处理器132分别连接外部交流电源230。

具体地，在本实施例中，分别采用不同的电源处理模块来为光电发射装置110和光电接收装置120提供直流电源。可以理解，第一电源处理器131和第二电源处理器132可以是相同类型的电源处理装置130，例如，均分别包括上述实施例中的整流器和直流降压器，整流器连接外部交流电源230和直流降压器，直流降压器分别与光电发射装置110和光电接收装置120连接。在其它实施例中，第一电源处理器131和第二电源处理器132还可以是不同类型的处理模块，采用不同的处理方法对外部交流电源230进行处理得到适合光电发射装置110或者光电接收装置120的直流电源，具体可以根据实际需求进行选择。

在一个实施例中，请参阅图2，光电隔离箱还包括浪涌保护器140，第一电源处理器131和第二电源处理器132分别连接浪涌保护器140，浪涌保护器140连接外部交流电源230。

具体地，浪涌保护器140也叫防雷器，是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器140能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。在本实施例中，通过在光电隔离箱内设计浪涌保护器140，避免在雷雨天气或其它突发情况下，光电隔离箱内部回路产生尖峰电流或电压，对光电隔离箱的安全运行产生影响，有效地提高了光电隔离箱的安全性。

进一步地，在一个实施例中，请继续参阅图2，光电隔离箱还包括断路器150，浪涌保护器140连接断路器150，断路器150连接外部交流电源230。

具体地，浪涌保护器140实际就是压敏电阻，具有高通低阻的特性。当光电隔离箱在不超过最大持续运行电压的情况下运行时，两个电极之间呈高阻状态。如果光电隔离箱因雷击或者操作过电压使两个电极之间的电压超过点火电压时，间隙被击穿，通过弧光放电将过电压能量释放。冲击波过后，电弧将被由分弧片和灭弧室组成的灭弧系统熄灭，恢复到高阻状态用以保护系统。浪涌保护器140本身如果出现故障，会出现长时间接通状态，造成电源\/系统短路，此时就可以通过断路器150及时切断接地回路，保证回路正常工作。在本实施例中，通过在浪涌保护器140的前端设置断路器150，有效地保证了浪涌保护器140的安全、稳定运行，进一步地提高了光电隔离箱的安全性。

在一个实施例中，请继续参阅图2，光电隔离箱还包括箱体160，光电发射装置110、光电接收装置120、第一电源处理器131、第二电源处理器132、浪涌保护器140和断路器150均设置于箱体160内部。

具体地，光电隔离箱包括一箱体160，通过将光电发射装置110、光电接收装置120、第一电源处理器131、第二电源处理器132、浪涌保护器140和断路器150均设置于箱体160内部的方式，在有效地保护各个器件的同时，在使用时仅需要将光电隔离箱相应的接口连接到核电站机组中，即可实现屏蔽电磁信号干扰的功能，具有操作便利性强的优点。

上述用于核电站机组的光电隔离箱，光电隔离箱包括光电发射装置110、光电接收装置120和电源处理装置130，其中光电发射装置110连接核电站机组的流量变送器210，光电接收装置120连接核电站机组的安全级机柜220，电源处理装置130分别为光电发射装置110和光电接收装置120供电，当雷雨天气或者核电站机组设备运行不稳定产生电磁干扰时，通过光电隔离箱能够屏蔽电磁信号对保护组重要信号的干扰，从而减小了跳机、跳堆的风险，有效地了传统的核电站机组运行可靠性差的问题。

一种用于核电站机组的光电隔离系统，请参与图3，包括流量变送器210、安全级机柜220和上述的光电隔离箱10，光电隔离箱10的光电发射装置110连接流量变送器210，光电隔离箱10的光电发射装置110连接安全级机柜220。

具体地，光电发射装置110是一种能够接收电信号并将电信号转化为光信号进行发送的装置，光电接收装置120接收光电发装置发送的光信号，然后将光信号转化为电信号进行传输。即通过光电隔离箱10的设置，使得核电站机组的流量变速器发送的电流模拟信号以光信号的形式进行传输，当雷雨天气或者核电站机组设备的运行不稳定，产生电磁干扰时，电磁干扰信号没办法发送到核电站机组的下游设备(即安全级机柜220)，以达到屏蔽电磁干扰的目的。电源处理装置130分别与光电发射装置110和光电接收装置120连接，用于为光电发射装置110和光电接收装置120提供工作电源。流量变送器210又称为流量传感器简称为流量计，能够将采集的流量信息转化为电信号，然后发送至光电发射装置110进行处理。可以理解，光电发射装置110和光电接收装置120的类型并不是唯一中的，在一个实施例中，光电发射装置110为光纤发射装置，光电接收装置120为光纤接收装置，相应的，光纤发射装置和光纤接收装置之间通过光纤连接，实现光信号的传输。在其它实施例中，还可以是其它类型的光电发射装置110和光电接收装置120，只要能够将流量变送器210发送的电信号转换为光信号进行传输均可。

在一个实施例中，请参阅图4，光电隔离系统还包括防雷端子箱240，光电发射装置110连接防雷端子箱240，防雷端子箱240连接流量变送器210，防雷端子箱240接地。

具体地，防雷端子箱240即为防雷接地端子箱，通过防雷接地端子箱的设置，有效地保证了在雷电天气中光电隔离系统的稳定运行。进一步地，在一个实施例中，防雷端子箱240包括防雷端子242和热敏电阻243，防雷端子连接流量变送器210，热敏电阻243连接光电发射装置110。通过在防雷端子箱240内设置有防雷端子242和热敏电阻243，并且防雷端子242通过热敏电阻243连接光电隔离箱10的光电发射装置110，进一步提高了光电隔离系统的工作可靠性。更进一步地，在一个实施例中，热敏电阻的数量为两个，防雷端子242的一个接口通过其中一个热敏电阻244连接光电发射装置110，防雷端子242的再一个接口通过另一个热敏电阻245连接光电发射装置110，然后整个防雷端子箱240接地。应当指出的是，在一个实施例中，上述的光电隔离系统应用于核电站机组，并且光电隔离箱10和防雷端子箱240均设置于厂房内，流量变送器210设置于厂房外。

在一个实施例中，请参阅图4，流量变送器210为涡轮式流量计，电源处理装置130还连接涡轮式流量计(图未示)。

具体地，涡轮流量计是速度式流量计中的主要种类，它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速，从而且推导出流量或总量，并将流量数据转换为电流信号进行传输的装置。在本实施例中，通过电源装置为涡轮流量计提供工作电压，电源处理装置130的输入端与涡轮流量计连接，保证涡轮流量计能够在220V交流电环境中进行工作。采用涡轮流量计进行流量的测量，具有精度高、抗干扰能力强等优点。可以理解，当电源处理装置130包括第一电源处理器131和第二电源处理器132时，涡轮流量计与其中一个电源处理模块连接即可。应当指出的是，在核电站机组中，为了保证整个光电隔离系统能够安全运行，还设置于多个接地点，例如烟囱接地点、屋顶防雷接地网和WX接地网等。在一个实施例中，光电发射模块可以接收两种输入类型的信号，针对采用涡轮流量计的光电隔离系统中，光电发射模块接收的信号为4-20mA无源信号，并不需要光电发射模块向流量变送回路提供工作电源，同时集中控制模拟量机柜(KRG)也不需要向流量变送回路提供工作电源，此时的220V交流电源通过新增的光电隔离箱10提供。

可以理解，在其它实施例中，还可以采用其它类型的流量变送器210，例如，请参阅图5，在一个实施例中，流量变送器210为罗斯蒙特智能变送器。具体地，在本实施例中，光电发射装置110配置为4-20mA有源输入。针对本实施例中的罗斯蒙特智能变送器的光电隔离系统，数字化安全级模拟量机柜(KCS)的SAA1卡件的接线方式为无源模拟量输入，光电接收模块输出4-20mA的纯信号，并且整个流量变送回路的工作电源由光电发射装置110提供，即为电源处理装置130处理之后得到的24V直流电源，此时数字化安全级模拟量机柜不需要向流量变送回路提供电源。应当指出的是，上述光电隔离箱10的光电发射装置110的输入可以为4-20mA有源或无源信号，因此，上述光电隔离系统不仅仅适用于涡轮流量计或者罗斯蒙特智能变送器对应的信号回路中，还可以应用于其它信号回路中以实现光电格力功能，只要相应的装置(例如流量变送器)的输出为4-20mA有源或无源信号均可。

上述用于核电站机组的光电隔离系统，光电隔离箱10包括光电发射装置110、光电接收装置120和电源处理装置130，其中光电发射装置110连接核电站机组的流量变送器210，光电接收装置120连接核电站机组的安全级机柜220，电源处理装置130分别为光电发射装置110和光电接收装置120供电，当雷雨天气或者核电站机组设备运行不稳定产生电磁干扰时，通过光电隔离箱10能够屏蔽电磁信号对保护组重要信号的干扰，从而减小了跳机、跳堆的风险，有效地了传统的核电站机组运行可靠性差的问题。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

设计图

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主设计要求

设计方案

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