淺談核電廠火災探測器的選型優化應用

陳蒙蒙 王魯寧 李樹玲

【摘?要】本文主要以昌江核電站的使用經驗為例，介紹核電廠火災系統探測器使用過程的問題，講解應對問題所做的選型優化和應用，作為設計初始選型及今后火災探測器的變更改造提供參考。

【關鍵詞】火災探測器;誤報;選型優化

1.引言

多年運行的實踐表明，火災是核電廠發生頻率比較高的事件之一，如何進行火災報警信號的準確探測對電廠安全生產以及保障核安全有著重要作用。從監測源頭來看，探測器的可靠性一定程度上決定火災探測系統的準確性，探測器選型不僅要考慮廠房可燃物火災發展時期特點，還要結合不同地理環境的使用差異，充分考慮環境的復雜性和惡劣性。本文闡述了電廠傳統火災探測器的幾個典型使用問題，并根據問題進行適宜的優化選型應用。

2.主變、廠變、輔變區域感溫電纜老化和紅外火焰探測器誤報

由于電廠所處地域環境溫度高、濕度大、陽光烈，主變壓器等室外區域原設計選型使用的纜式線型感溫電纜，出現表皮老化破損、頻繁誤報，相較于內陸其他電廠同型產品，使用壽命在大幅縮減。電廠只有在機組大修時才具備窗口進行更換，常規期間要承受火災探測手段單一的壓力，對機組安全來說是重大隱患，同時定期維護工作量大且投入成本高。同樣位于該區域的室外紅外火焰探測器為單波段紅外式，昌江區域白天陽光照射強設備溫度高，選用的單波段紅外式火焰探測器無法消除熱體輻射的干擾影響，導致頻繁誤報火警，影響探測準確性。

纜式感溫電纜的老化降質問題，鑒于環境特點并結合經濟效益，電廠對主變區域纜式感溫電纜測溫進行改造優化，經過選型調研，選用武漢理工光科的WUTOS-DTS系列分布式光纖測溫產品。光纖測溫基于拉曼散射原理，在同步控制單元的觸發下，光發射機產生電流脈沖，驅動半導體激光器產生光脈沖。光脈沖經過光路耦合器后進入傳感光纖。當激光在光纖中發生散射后，攜帶有溫度信息的拉曼后向散射光將返回到光路耦合器中。耦合器將散射回來的不同于發射波長的anti-stokes 和stokes 光耦合至分光器。分光器濾出anti-stokes 和stokes 光，這兩路光信號經過信號進一步處理，用于溫度的計算。感溫光纖長期可工作于-20 ℃～ 85℃的環境溫度下，使用壽命達20年，同時可以觀察具體光纖長度值對應的實時溫度信息。通過改造實施后近18個月的使用觀察，分布光纖測溫產品工作穩定，無故障和誤報，可靠性高。

對于該區域的火焰探測器，定位故障原因后，采用雙波段紅紫外火焰探測器替代單波段探測器，雙波段識別度高，能有效解決熱體輻射干擾產生的誤報現象。

3.聯合泵房線束式紅外對射探測器滋擾報警

在使用過程中，出現線束式感煙探測器誤報和故障，不能對煙霧進行有效探測和報警，通過原因排查發現產生原因為區域空間環境存在油霧和粉塵，容易引起干擾性報警，廠房震動、行車吊物行進途中存在遮擋對射路徑的情況。對于傳統的對射探測器，需要精確對準，在受到建筑物結構震動的影響時，造成對準偏移觸發故障，清理對射面及對準調校耗費大量工時，增加了探測維護成本。

針對此問題，電廠優化選型雙鑒式成像線型光束感煙探測器來替代傳統對射探測器。雙鑒式探測器是利用紅外線和紫外線兩種光波的波長不同來探測顆粒物。紫外線波長較短可對大小顆粒有效，而紅外線波長較長，僅能對較大的顆粒有效。雙波長損失測量使探測器提供持續的絕對煙霧濃度值，從而能排除灰塵顆粒或固態雜物的干擾。采用的COMS成像技術擴大了對準范圍，提供了更寬廣的視角對探測區域進行定位并捕捉圖像，使得不受建筑物震動和位移的影響。同時發射端和接收端可一對多配置進行分層組網，可實現一個立體的保護空間，不再是傳統的單一路徑保護。

4.控制柜間與電纜層區域火災探測的可靠性提升

控制間作為電廠數據運算處理中心，火災探測設備必須具備高度可靠性，其分布有控制柜、網絡柜、配電柜，電纜橋架敷設有大量電纜，當前探測手段為點式感煙探測結合空氣采樣探測的方式。點型感煙探測器被動地等待煙霧慢慢擴散至其附近，由于機柜設備安裝在密閉的房間內，并通過空調系統維持房間運行所必需的環境，房間中空氣的更換速度為每小時15至60次。在這樣的房間環境下，燃燒所產生的煙霧一方面被空調氣流稀釋，很難達到常規的點型感煙探測器的報警閾值，另一方面由于空調氣流的影響，空氣在機房送風和回風口之間形成環流，會使煙霧根本無法達到點式感煙探測器。而現有的空氣采樣抽氣管懸掛于廠房房間頂部區域，發生火災陰燃時，煙霧顆粒聚集從起火點散出，但是當陰燃現象出現在控制柜內部，從機柜內部通過排氣扇向外部散發受阻，無法第一時間抽取含煙霧顆粒的空氣，不能實現極早期的探測。

優化的思路是采用頂部探測加柜內保護的方式進行探測改造。除分列在廠房空間區域的采樣管外，在重要機柜內部采取直接機柜內采樣，將采樣管接入機柜內部空間。調研的VESDA系列產品，可以對采樣管進行編址，達到對每個機柜進行編址探測，準確定位，并實現集中遠程監控。

對于電纜層區域，傳統通常采用接觸式感溫電纜進行探測，通過現場經驗來看，大量感溫電纜因施工原因翹起并未直接接觸電纜，起不到有效接觸，同時后期維護更換時面臨安裝空間受限的問題。鑒于此，采用空氣采樣探測方式進行電纜橋架空間保護，能避免傳統感溫電纜的施工和更換問題。后續維護中定期更換主機側的濾芯，利用吹氣接口反向對采樣抽氣管吹掃，能有效去除采樣管中粉塵，維護工作操作上具有可實施性。

5.結束語

隨著現代火災探測技術的發展，越來越先進的探測手段將廣泛應用于各行業，核電廠也在積極汲取其他行業先進使用經驗，探測器的用戶面臨的問題原因情況不同，應定位問題進行具體分析，在找到根本原因的前提下再開展針對性設計或技術改造優化。

作者簡介：

陳蒙蒙，工程師，設備管理處，現從事核電廠柴油發電機、DCS、火災報警等系統的設備管理工作，chenmm01@cnnp.com.cn。

（作者單位：海南核電有限公司）