三門核電項目火災探測器誤報警分析

姚明奇

（中核集團三門核電有限公司調試處，浙江 臺州317112）

0 引言

隨著日本福島核泄漏在全世界范圍內的影響擴大，加上國家大規模發展核電事業，核電安全問題愈來愈多地受到重視。對于核電站，最重要的安全問題便是核泄漏和火災，而發生火災時如果不能及時報警并控制消滅火災，那么極有可能成為核泄漏的誘因。故FPS（Fire Protection System，火災報警系統）是核電站一個重要的安全系統。但在實際生產過程中，若火災探測器發生誤報警，則會造成FPS無法正常運行，給核電站正常運行帶來負面影響。主要表現在：誤報警可能誤啟動關聯設備或關聯系統（如防火閥、消防水系統等），還可能造成運行人員作出錯誤判斷（如執行疏散人員的火災響應）而使生產中斷。如經常誤報，則不可避免地會造成一定的生產損失，同時還會降低運行人員對FPS的信任度。

當探測器誤報警時，往往難以查出具體原因，因此，火災探測器的誤報警原因及應對策略成為火災探測器維護工作中的難點和重點。本文提出的探測器誤報警原因和應對策略，可作為三門核電火災探測器設計、施工、調試、維護和管理的參考。

1 火災探測器的類型及其工作原理

1.1 三門核電火災探測器的類型

FPS中的火災探測器能檢測環境中與火災相關的信號（如煙霧、溫度、火焰、可燃氣體濃度等），并將檢測到的信號傳遞至火警控制器，火警控制器通過信號處理、數據分析等過程判斷是否發生火災并觸發報警信號。根據火災發生時現象及檢測氣體的不同，三門核電用到的探測器有感煙探測器、感溫探測器、火焰探測器、氫氣探測器，如圖1所示。

圖1 三門核電火災探測器分類

表1是三門核電部分重要廠房探測器數量統計，可以看出，使用最多的為感煙探測器，所占比例在80%以上，且感煙探測器的誤報警原因最為復雜，因此本文主要針對感煙探測器進行分析。

表1 三門核電部分廠房各探測器數量統計

1.2 感煙探測器基本工作原理

感煙探測器的探測元件由光源和感光元件組成，如圖2所示。正常時，光源的光線不能照射到感光元件上，但當環境中有煙霧存在時，煙霧會使光線發生散射，從而使部分光線射到感光元件上，煙霧越濃，散射到感光元件上的光線就越多，即感光元件接收到的光信號強度與煙霧濃度相關。感光元件再把光信號通過變送電路轉換為電壓或電流模擬量，然后經過A／D轉換器、運算比較器或CPU轉換成數字信號，通過通訊接口傳至火警控制器，最終由火警控制器實現報警，如圖3所示。

圖2 感煙探測器探測元件

圖3 探測器的基本工作原理

2 火災探測器誤報警潛在原因分析

火災探測器誤報警的觸發原因較為復雜，除探測器內在原因外，環境、施工、人為因素等都可能導致誤報警。下面以感煙探測器為例進行分析。

2.1 探測器內在原因

感光元件是火災探測器的主要組成部分，其通過光學、物理學原理來檢測外部環境的細微變化，往往會將與煙霧某方面特性相似的物質（如粉塵、水霧）誤認為是火災煙霧。另外，由于感光元件長期暴露在外部環境中，易受到空氣中粉塵、潮氣等影響而使靈敏度降低。

探測電路是包括感光元件在內的一組電路，主要功能是把感光元件傳送過來的“信息”轉換為所需要的電壓或電流信號；通訊電路負責把探測到的“信息”傳送到火災報警控制器。當信息有誤時，探測電路可能將錯誤信息誤認為是煙霧報警信息。若探測器安裝時距鎮流器等電磁干擾源過近，易導致其探測電路不報警或誤報警；當火警線纜與其他強電線纜同管敷設時，易使通訊電路受電磁干擾，可能把“0”信號變為“1”信號或是把低電平變為高電平。

2.2 環境的影響

（1）潮濕。由于三門核電廠三面靠海一面靠山，且屬亞熱帶溫濕氣候，濕度必然超標，特別是夏季梅雨季節，濕度經常達到95%以上，白天氣溫較高，空氣不易達到飽和，較難形成水珠，當到了晚上，氣溫下降，空氣中的水蒸氣很容易飽和，易形成水珠。當進入探測器探測室里的濕氣形成水珠后，會導致光線大量散射，使探測器發生誤報警。濕氣還易吸附灰塵，在探測器的電路板上產生漏電流，腐蝕電路板，如遇雨天等潮濕天氣，則情況更加嚴重。

（2）粉塵。由于粉塵對于感煙探測器來講具有與煙霧相似的物理特性，均能使光線發生散射，同時粉塵不易清除，故其是感煙探測器的“頭號殺手”。因為當粉塵進入探測器后，如果附著在防蟲網網孔上，會堵塞網孔，減少煙氣進入量，導致漏報；如果附著在探測室內壁上，將會造成光線散射，使感光元件在正常工作時也能接收到光線，從而導致工作點漂移，如此一來，探測器會越來越靈敏，易發生誤報警；如果附著在發光元件或光敏元件上，會使發射／接收功能喪失，失去報警功能；另外，如在氣流作用下粉塵被揚起，也會發生誤報警。

（3）大氣懸浮顆粒。大氣中長期懸浮大量顆粒物，其中約有1／4為降塵（粒徑為10～100μm），在空中停留期短，受重力作用會很快降落，但在外界環境影響下，這部分顆粒的濃度可能突然升高而使探測器發生誤報警。對于粒徑小于10μm的顆粒（俗稱PM10），可以在大氣中長時間停留，探測器投運后，始終處于這些懸浮顆粒的包圍中，且這些懸浮顆粒與煙霧一樣能對光發生散射作用。因此，這些懸浮顆粒使探測器始終存在“本底煙霧值”。研究表明，不同的本底煙霧值下，感煙探測器的靈敏度會有不同程度的改變，如圖4所示。

圖4 不同本底值時同一火源引起的煙濃度變化對比曲線

D1、D2分別代表不同污染程度的大氣環境中感煙探測器對應的本底煙霧值；若D1與D2之差足夠大，則原本具有相同靈敏度的感煙探測器在本底煙霧值不同時對同一煙源的反應將不同。

（4）氣流。由于辦公用房、設備用房均設有通風系統，當探測器靠近通風空調送風口、風室、風道時，如發生火災，氣流會將煙霧吹離探測器，從而可能造成報警緩慢或漏報警。氣流還可能將雜物帶入探測器探測室，導致誤報警。

2.3 施工的影響

（1）火警線纜存在中間接頭。接頭不但會降低線纜機械強度，同時易吸附粉塵和水汽，造成線纜絕緣水平降低，使線路發生接地故障，從而導致誤報警；另外，線纜接頭也屬于重要隱患，如發生接地故障，不利于查找故障點，將給系統調試維保帶來不便。

（2）與強電線纜未分開敷設。火警信號為弱電信號，當火警線纜與強電線纜同管敷設或通過槽盒的同一槽孔敷設時，火警信號易受電磁干擾影響而不能正確傳輸。故火警線纜應單獨布線，并與強電線纜之間留出足夠的距離。

（3）探測器安裝過早。施工階段探測器安裝過早，易導致其在別的工種施工時被碰壞，還將導致探測器受到施工灰塵的影響，為此，國標要求“探測器在施工完成后方可安裝”。但由于三門核電不少探測器安裝位置過高等原因，施工完成后再安裝工作量較大，故探測器安裝較早。針對三門核電實際情況，調試部門要求建安階段探測器防塵罩必須可靠地罩在探測器上，但實際上也出現了不少防塵罩被隨意摘除的窘況。

（4）探測器距障礙物過近。探測器安裝位置與梁、風口、煙道等距離過近，則易受影響而發生誤報警。

2.4 人為因素的影響

（1）設計問題。設計階段如未充分考慮廠房環境、使用特點等因素，選擇錯誤的探測器類型或錯誤的探測器布置，將導致探測器誤報警。如應急指揮中心甲烷氣瓶間設計了氫氣探測器，將導致探測器在氣體泄漏時漏報警；廢水處理廠房未考慮梁的影響，將探測器設計在2根高于60 cm的梁之間，可能造成房間其他區域發生火災而漏報警。

（2）探測器參數設置問題。探測器會發出火警信息，是通過比對實際測量值與預先設定的閾值實現的，如測量值達到或超過設定的閾值，則探測器報警。在整個過程中，需根據探測器種類及所處環境進行參數設置，包括報警閾值、本底值等，如這些參數在出廠時設置就存在偏差，或進行探測器標定時對這些參數設置不合理，都可能導致探測器誤報警。

（3）其他人為因素導致的誤報警。火警調試初期，廠家提供的感煙探測器的測試工具為石蠟煙霧發生器，起初由于經驗不足，且工具為廠家提供，故未持懷疑態度，導致調試后大量石蠟附著在探測器探測室內，且不易消除，探測器經常誤報警。后來使用比真實煙霧更利于消散的氣溶膠感煙探測器測試儀，調試完成后，探測器誤報警次數減少了很多。

3 探測器誤報警的應對策略

3.1 設計方面

在系統設計階段嚴格審查探測器設計，特別注意探測器選型及布置，當發現選型不正確或布置不合理時，要及時與設計方溝通，用曾經發生過的事實要求設計方修改設計。

3.2 施工方面

在FPS開始施工時，提前介入施工現場，要求探測器安裝位置與干擾源的距離達到國標要求，并對探測器進行可靠的保護。對于火警線纜要杜絕中間接頭，并要求單獨穿管，從而與強電線纜分開敷設。

3.3 調試方面

嚴格執行調試程序，并參照規范，對于發現的任何一個細節問題，都要進行可靠處理。

3.4 使用方面

在火警主控制器所在房間設立值班點，安排人員以倒班的形式值班，確保火警主控制器隨時有人值守；對于區域控制器建立巡檢制度，每天巡檢全廠所有區域控制器一次，如發現誤報警，則可及時采取措施消除報警。

制定合理的探測器檢測和清洗計劃，由國家消防局授權的專業單位執行，按月度、季度抽查和年度測試并存并以子項為單位的方式，以2年為1個周期，完成全廠探測器的檢測和清洗。及時更換測試不合格的探測器，最大限度地減少環境中粉塵對探測器探測元件的影響。

4 應用效果

目前，三門核電一期工程已完成網控樓、循泵房、除鹽水及“三廢”處理廠房等區域的FPS由建安向調試移交及調試投運。表2為2012年10月—2014年10月三門核電一期工程部分廠房FPS火災探測器誤報警故障發生次數的統計數據。其中，2012年、2013年期間以上廠房尚有不少局部施工，誤報警次數較多；2014年施工全部結束，且發生誤報警的探測器已全部更換，誤報警次數急劇下降，這反映了項目所選用火災探測器性能較好、可靠性高。

表2 三門核電部分廠房火災探測器誤報警次數統計

5 結語

本文通過對火災探測器工作原理進行分析，得出引起探測器誤報警的因素包括環境中的潮氣、粉塵、大氣懸浮物、電磁干擾等，設計、施工、調試、使用等環節都可能是誘因，并針對這幾個方面給出了應對策略。實踐證明，通過有針對性地實施應對策略，可以改善誤報警現狀，減少誤報警次數。

［1］王剛.核電站火災報警系統規劃與火災報警控制器設計［J］.中國科技縱橫，2012（17）

［2］謝啟源，袁宏永，蔣亞龍.大氣懸浮顆粒PM10對感煙火災探測器本底效應研究［J］.中國工程科學，2003（6）

［3］劉宇.淺析感煙探測器誤報、漏報火警原因和對策［J］.中國科技信息，2009（16）

［4］GB50116—98 火災自動報警系統設計規范［S］

［5］GB50166—2007 火災自動報警系統施工及驗收規范［S］