核電站火警探測系統原理

王進峰

（大亞灣核電運營管理有限責任公司，廣東 深圳 518000）

1 火警探測系統的功能

在核電站各廠房內固定點上，探測器晝夜不停地進行24小時火警監控。一旦起火，在起火的最初階段自動發出報警信號。在汽輪機廠房提供消防系統的狀態顯示。一旦探測器探測到火情而動作，便會在公共控制室的主控盤上發出聲光報警信號。而且在許多廠房（如電氣廠房，核輔助廠房、反應堆廠房）的樓面上，都裝有地區模擬盤，上面有相應房間的編號以及探測器的布置位置。它能用紅色發光二板管迅速顯示出火源的精確位置，報警喇叭會同時發出號聲。參見圖1。

圖1 火警探測系統

在核島安裝的探測器能快速準確地在主控盤上顯示出火災部位。在常規島和全廠配套設施區域的探測器則只顯示出一個較大范圍的地址，即比核島的粗略，某些常規島和全廠配套設施區域設置有地區火災報警盤，它們和主控盤連在一個電路上。報警信號一旦結束，所有探測器可不需作任何處置而再次恢復至工作狀態。因發現火災而首先動作的那個探測器的地址鑒別碼會在主控盤中記憶儲存起來，同時主控盤上對應該探測的警燈就會點亮。兩臺機組各設有一塊主控盤，均在標高為19 m處的L711室。1號主控盤控制范圍包括1號機組及兩臺機組的公用設施，2號主控盤只包括2號機組。主控盤由火災部位鑒別單元、聲光報警單元和控制鍵盤三部分組成。

每塊主控盤均由系列A和系列B獨立供電。探測器與主控盤間有檢查電流流過，一旦該電流切斷，在主控盤上就會出現報警信號，這時操作人員必須及時排除故障。可能的故障有供電事故、局部線路故障、探測器系統失靈、主控盤故障等。

一旦主供電線路發生故障，鉛蓄電池可作為二級電源繼續向主控盤供電36小時。蓄電池可用普通方法充電。一旦二級電源也出現故障，則一個應急小蓄電池還可以作為三級電源9V供電，并發出不間斷的連續報警信號，表示一、二級電源均已出現故障。

2 探測器類型及原理

火警探測系統的關鍵元件是探測器，大亞灣核電站根據電站不同廠房及部位采用了感溫、感煙、火焰等火災探測報警器。可將火災位置在就地顯示裝置上顯示，同時將火災信號傳輸到火警控制盤上，發出聲、光報警，并提供火災發生的位置。

2.1 離子煙霧探測器（感煙探頭）

圖2 離子煙霧探測器外形圖

離子煙霧探測器，如右圖所示。它能在出現煙霧后兩分鐘報警，所以又叫早期發現報警器。離子煙霧探測器由兩片241Amα放射源構成的內、外電離室和場效應管以及可控硅等電子元件構成的固體開關組成。

①原理：當煙霧進入外電離室時，降低了它的電離作用，改變其中的電位，于是固體開關開啟，發出報警信號。

②特點：靈敏度高，穩定性好，不受光線及熱源影響，適用于早期火災及陰燃火災的報警,但由于灰塵沉積會引起電離室的高電阻下降引起誤報，不適用于有塵埃和潮濕的場所。

③應用場所：作為基本探測系統廣泛用于廠房、車間、辦公室等室內場所。

2.2 溫升探測器（感溫探頭）

火災必然伴隨溫升，且溫升率很高，可達5～20℃/分，只要存在高溫升率或溫度達到設定值時，都會引起該探測器動作報警。動作的時間和設定的溫升率有關。溫升探測器主要用于熱慣性較高的區域。右圖所示為D915型溫升探測器。

圖3 溫升探測器外形圖

①原理：利用熱電阻探測環境空氣溫度值及其上升率，二者有一超標即動作，典型動作溫度為58℃，動作溫升速率5～20℃/分。

②特點：只敏感于溫度及溫升，對其他參數（煙、光）不敏感，很少誤報。

③應用場所：適用于具有明顯快速放熱特征的火災場所。如油系統、汽輪機發電機組軸承處，或作為惡劣環境下替代感煙探測器的補充手段，如焊接工作場所。

2.3 光學火焰探測器（火焰探頭）

光學火焰探測器，如右圖所示。它能在火焰初起30±3秒內根據紅外輻射的原理作出報警反應。

圖4 光學火焰探測器外形

①原理：利用光電池探測以5～25Hz頻率變化的可見光及紅外光，進行探測報警。

②特點：可靠性高，很少誤報，但只能探測明火。

③應用場所：在重要保護的工作場所，以獨立回路與感煙探頭組成雙回路探測系統，以提高準確性和可靠性，甚至可以啟動滅火系統，如用于油罐室、主泵室及上充泵房等處。

2.4 光學煙霧探測器（感煙探頭）

①原理：利用紅外發光二極管能發出一束錐形的光脈沖，當部分煙霧進入探測器后，光脈沖就會被光阱捕捉而無法到達硅接受器，從而報警。

②特點：靈敏度高，適用于早期火災報警及悶燃火災報警。

③應用場所：同離子煙霧探測器。

2.5 室外紅外火焰探測器（室外火焰探頭）

室外火焰探測器，能探測碳氫化合物（木材、塑料、酒精、天然氣等）的燃燒，它能探測燃燒火焰發出的專門的紅外光波長，但對其他光源不敏感，故可用于有太陽光、紫外光、X光及γ射線的場合。

2.6 氫氣探測器

氫氣探測器，采用催化反應熱法測量氫氣濃度，用于防爆而非探測火災，是JDT火警探測系統內的獨立系統。12.5LEL%予警，25LEL%主警。

3 火警探測系統

3.1 熱—氣動探測報警自動噴淋消防系統

熱—氣動探測報警自動噴淋消防系統，由充滿3～3.5 bar壓縮空氣的管網組成探測系統，管網沿具有潛在火災危險的區域布置，并在各探測點設置用易熔保險片密封的孔板。火災發生時，溫度升高，使保險片熔化，從而引起管網內空氣降壓，當壓力降至0.8 bar時，就發出報警，同時啟動消防噴淋系統滅火。火災后，再手動關閉隔離閥。系統的壓縮空氣由兩臺專用空氣壓縮機輪流提供，流量為2.4 L/s，功率為2.2 kW。

3.2 氣動玻泡探測報警消防系統

氣動玻泡探測報警消防系統與熱—氣動探測報警消防系統，除感溫探頭不同外，其余完全相同。氣動玻泡消防系統的感溫元件不是易熔合金保險片，而是感溫玻璃泡，內裝熱脹性大的液體，受熱后玻璃內液體膨脹產生的壓力，導致玻泡爆破（動作溫度：橙色泡57℃，紅色泡68℃）使管路氣壓下降，發出報警，同時啟動噴淋系統滅火。

3.3 線型感溫探測報警自動噴淋系統

線型感溫探測器，是由一種特殊絕緣電纜組成，沿電纜層中的每股電纜上方敷設。起火時，特殊絕緣熔化，引起短路。短路反映到控制盤上，從而報警并啟動噴淋系統滅火。線型探測器的最大優點是將點狀探測變為線狀探測，實現了探測連續性并擴大了探測范圍。主要適用于電纜消防系統。

3.4 石英小玻泡噴頭自動探測噴淋系統

石英小玻泡噴頭，是在噴淋頭上裝有石英小玻泡，玻泡內裝易膨脹液體，平時噴頭由石英小玻泡頂住封死。火災發生時，當溫度升到動作溫度時，玻泡由液體膨脹產生的壓力，導致玻泡爆破，水即從噴頭噴出滅火。這種系統具有快速有效的滅火效果。主要用于電站變壓器消防。