大亞灣核電廠火警探測系統的管理

摘 要：該文主要介紹了大亞灣核電廠火警探測系統的作用和探測原理，管理規定、維護、改造和實際運行情況。

關鍵詞：核電廠 安全 火警探測系統 原理 管理

中圖分類號：C93 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）04（a）-00-03

大亞灣核電廠是中國第一座大型商用核電廠，按照“高起點起步，引進、消化、吸收、創新”，全面引進法國電力公司核電廠的先進管理模式和經驗，從1994年5月6日全面建成投入商業運行，至今已經連續安全運行近20年，在安全和發電兩方面都取得了驕人的業績，在消防系統的管理維護方面積累了很多經驗。該文簡要介紹核電廠消防的重要組成部分的火警探測系統的探測原理，著重討論了火警探測系統的管理維護工作。

火災是核電廠安全風險最高的事故之一。據美國MM保險咨詢公司統計，核電廠火災損失占到總損失的90%。核電廠設有多重的各種功能的安全保護系統，安全保護系統都設有冗余的設備，如果發生一般的安全事故，引發重大的核安全事故的概率極低。相比而言，一旦發生火災，尤其是涉及到電纜和供電系統的大面積火災時，電廠很有可能失去對機組狀態的一切控制，安全保護系統也可能失去功能。另外，由于核電廠內存在大量的可燃物（大量的油、氣、電纜等），發生火災的風險較高，核電廠中因火災造成的損失在總財產損失中占主要地位。所以，在核電廠設計、建造和運行中，必須嚴格遵守核安全法規和標準。把保證消防系統的安全、穩定和可靠運行放在重要的位置上。

1 火警探測系統在核電廠的重要作用

在大亞灣核電廠，火警探測系統是消防系統的一個重要組成部分。為了對現場進行不間斷的火警監控，大亞灣核電廠的所有現場均設置有火警探測系統。火警探測系統是電廠消防系統的眼睛、神經和大腦。火警探測系統能對所監測的環境一旦發生或存在火險因素或火災苗頭時，能及早發現，定位，并向電廠主控室機組運行操作人員發出報警，讓機組運行操作人員及早作出判斷或派人檢查落實，及早采取干預措施；在設有消防系統的場合，火警探測系統能在環境因素達到火災程度時自動觸發消防系統進行滅火。火警探測系統對核電廠的預防為主，及早發現，及早干預的消防策略中起到關鍵作用。

2 火警探測系統

2.1 火警探測系統的原理

物質燃燒時，往往會伴隨有煙霧，溫度的變化以及紅外輻射的產生，火警探測系統中的火警探測器，就是通過探測周圍環境中的煙霧微粒，溫度變化以及紅外輻射變化，來“捕捉”物質剛剛開始燃燒的苗頭或燃燒的信號，然后將捕捉到的信號轉變為電信號，并立即傳給火警探測系統的主機，同時傳到主控室的火警報警盤；另外，火警主機經判斷處理后，按內部預定程序作出適當動作：如啟動音響報警、關閉防火卷簾門、啟動消防水噴淋系統等。

2.2 火警探測系統的組成

火警探測系統一般由火警探測主機、火警探測器和探測回路、以及聯動消防系統組成。聯動消防系統僅在對核電廠安全重要的場合，如核島主泵房間、汽機潤滑油廠房、電氣廠房，電纜廊道等區域設置。

2.3 法規對火警探測系統的要求

HAF-0202-1《核電廠防火》第2章《總的防火要求》中2.3.1明確要求：必須設置具有適當容量、能力和鑒定合格的火災探測系統和滅火系統，以便及時報警和啟動。第5章《火災探測和滅火》中5.1.2明確要求：為了保護安全重要物項，核電廠必須持續具有早起探測火災和有效滅火的能力。

RCCI中第2.4火災探測中明確要求：一般火災探測系統的設計要保證：快速探測早期火災；確定起火點位置；監視火災發展；啟動報警，控制防火閥和排煙系統排煙閥。

要滿足法規相關要求，就要保證火警探測系統能夠穩定可靠運行。

2.4 大亞灣核電廠火警探測系統的實際布置

大亞灣核電廠火警探測系統的設計嚴格遵照我國核安全法規HAF0202和法國核電廠消防設計標準RCCI中對火災探測的設計要求。在主控制室設有火災報警主機，連續監視電廠現場所有區域將近3200只火警探測器和相關設施的運行狀況；在核島、電氣廠房和核輔助廠房的各層均設置了就地報警顯示盤，就地盤的信號傳到主機；根據各廠房和區域對電廠安全的重要度和可能產生火災的特性的要求布置各種探測器。

根據要求，不同區域可布置單種類型的探測器或多種類型的探測器，設置單探測回路或設置多探測回路，以滿足不同安全等級對探測系統的可靠性的要求。通過探測回路，火警探測系統可以探測各區域的火災萌芽期的溫度變化或煙霧，或者火災早期，確定火險位置，并且可以監視火災的蔓延情況；并在第一時間啟動噴淋消防水等滅火措施，在設置有防火閥和排煙系統排煙閥的場所，火警系統與相關系統之間有聯動功能。

3 大亞灣核電廠對火警探測系統的管理和維護

3.1 管理規定

3.1.1 大亞灣核電廠運行質保大綱的明確要求

大亞灣核電廠運行質保大綱明確規定：有關單位要制訂措施來管理火災的探測和報警。

措施必須規定如何保持火災探測和報警設施的可用性，以及如何使核電廠人員對上述設施進行監督。

3.1.2 運行技術規范的要求

根據HAF標準和RCCI要求，大亞灣核電廠運行技術規范中對火災探測系統可用性有明確規定，當反應堆處于不同運行模式時，對火災探測系統有具體的要求。

當反應堆帶功率運行時，要求與核安全相關的設備所處的區域的火警監測系統必須可用，如果不可用，須在限定的時間內修復，否則，反應堆狀態必須按照規定從功率運行狀態退至熱停堆狀態。表1列出了反應堆帶功率運行時運行技術規范對核島主泵房間火警探測系統可用性的部分規定。

3.1.3 定期試驗大綱規定

HAF0202《核電廠防火》第7章《質量保證》中7.1.2 規定：“必須對火災探測和滅火設備做鑒定，確認它們適合于完成其預期功能。實施各種防火規程，核電廠運行要求試驗火災探測和滅火設備和系統，且這些設備和系統是可運行的”；RCCI 2.4.4 明確要求對探測器定期進行就地運行性能試驗。根據相關法規的要求，將在安全重要區域的火災探測系統設備的試驗列入《大亞灣核電廠安全相關系統與設備定期試驗監督要求》進行控制和管理，要求每個燃料循環必須進行一次性能試驗。其他區域的火警探測系統設備的定期試驗用維修試驗大綱進行管理。

3.2 分級管理

大亞灣核電廠對火警探測系統進行分級管理。

3.2.1 管理部門

消防管理部門負責制定火警系統的運行和維修策略，并監督執行。

3.2.2 執行部門

（1）運行部門負責對火警系統的運行情況進行監視和管理，確保火警探測系統正常穩定在線運行，運行人員每班主動巡視火警探測系統的運行情況，對火警主機上產生的報警信號必須立即作出反應，對任何火警信號，都必須作為真實的火災報警處理。所有的巡視和報警信號必須記錄在案，隨時可查。

（2）維修部門負責對火警系統進行日常和大修維護。對于火警探測系統的故障維修必須在第一時間響應。一般來說，與核安全相關設備所在的區域的火警探測器故障，必須在8 h內完成維修工作；其他區域的火警探測器故障，要求在24 h內維修完成。

3.3 維護管理

火警探測系統的火警主機和火警探測器是日常維護和管理的重點，大亞灣核電廠將火警主機的定期檢查和試驗，火警探測器的定期試驗和定期校驗列入定期試驗計劃進行管理。

3.3.1 定期試驗

（1）火警主機的定期檢查和試驗

火警主機是整個火警探測系統的中心，為了防止在定期檢查時出現意外（例如誤操作或者誤碰設備導致系統停運等）而影響整個系統的正常運行，一般將對火警主機的定期檢查安排在機組大修期間進行，以期將對電廠運行的影響降低到最低限度。大亞灣核電廠制定有明確的規程對火警主機進行定期檢查，主要進行主機板件功能檢查、備用電池帶負載試驗、主備電源全部喪失時第三電源的報警功能試驗等。

（2）火警探測器的定期試驗

大亞灣核電廠現場有將近3200只各類型的火警探測器，按計劃每年對所有火警探測器進行一年一次的性能試驗。

火警探測器的定期試驗主要分為核島廠房內和核島廠房外兩個部分；核島廠房外的定期試驗又可分為電氣廠房和核輔助廠房、汽機廠房、配套設施廠房等部分的試驗。

（1）核島廠房內的火警探測器定期試驗。由于機組在正常運行期間，核島廠房的進入受到非常嚴格的限制；在火警試驗期間，主控室的火警主機上會產生相應的報警，可能會影響運行人員對機組正常的監控。核島廠房內的火警探測器定期試驗集中在換料大修期間進行。

（2）核島廠房外的火警探測器定期試驗。按照人力資源和工作量的情況，制訂計劃，分期實施。

3.3.2 定期校驗

由于核電廠，尤其是核島廠房環境的特殊性，為了保證火警探測系統的動作準確性，大亞灣核電廠制定了火警探測器校驗計劃。表2是大亞灣核電廠部分廠房火警探測器的校驗計劃。

3.3.3 老化管理

為了防止設備老化對系統運行產生不利的影響，電廠制定有嚴格的老化管理制度。上述對火警探測器的定期校驗其實也屬于老化管理的一部分。由于火警主機電子板件的老化可能會影響整個系統的安全運行，所以電廠根據生產廠家提供的板件預計壽命以及實際運行情況，制定了板件的老化更換計劃，在板件到達壽命之前進行預防性更換。

火警主機電子板件的預防性更換工作安排在機組換料大修期間進行。

3.3.4 探測器故障、報警原因分析管理

大亞灣核電廠維修部門對所有火警探測器建立了運行狀態跟蹤數據庫，搜集、分析現場火警探測器的故障模式，以達到找出報警和故障原因，探索有效處理方法，是整個系統運行更加安全穩定的目的。

例如，現場使用數量最多的是感煙型火警探測器，經過分析研討，結合該類型探測器的結構特點，發現這種探測器由于其原理及結構原因，在空氣濕度大和通風情況良好的環境，容易產生誤報警，因為燃燒產生的微粒、水蒸汽、通風帶來的小灰塵顆粒對這種探測器的影響是一樣的，現場有針對性地采取了相應的措施，例如抽濕、加裝防風擋板、探測器移位（避開通風口）等，取得了很好的效果。

3.4 系統改造

大亞灣核電廠的火災探測系統在多年的運行中，也發現了一些不足，例如核島主泵房的感煙探測器發生故障后不能及時維修、感煙探測器底座防探測器丟失開關容易接觸不良等等，核電廠工作人員針對系統存在的不足，進行嚴密論證，在不影響機組和系統正常運行的情況下，及時進行了相應的改造，使得火警探測系統的運行更加可靠。

4 大亞灣核電廠火警探測系統實際的運行情況

大亞灣核電廠多年的運行情況表明，火警探測系統的維護管理是高效的，系統運行可靠性高。

4.1 可靠性統計

4.1.1 探測器的可靠性

大亞灣核電廠火警探測系統探測器運行可靠性是較高的。以2004-01-01至2005-04-10期間的統計數據為例：

2004-01-01至2005-04-10期間，大亞灣核電廠一共接到與火警系統的工作155次，經統計，與火警探測器相關的工作一共126次，（其他的工作如火警主機電池更換、配合其他改造工作將相關火警探測器閉鎖或移位等等，這些工作不計入探測器故障統計之中），處理方式如下。

（1）報警自動消失，一共34次（環境或者其他因素影響）；

（2）通過更換探頭模塊等處理，一共83張；

（3）接觸不良的，一共9張。

對于全廠3167只探測器（2005年的探測器總數）而言，火警探測器的故障率為：（83+9）/3167=0.029。火警探測器的可用率為1-0.029=0.971，即97.1%。另外，在統計期間，MX廠房共有4次火警報警或故障報警，占火警探頭總數（802只）的0.5%，汽機廠房的環境相對比較惡劣（高溫，潮濕，振動大），但系統相對穩定，可以說明汽機廠房的火警探測器的性能相對比較可靠。

4.1.2 系統的可靠性

大亞灣核電廠火警探測系統的可靠性很高。經過統計，從2006年到2012年，火警探測系統的隨機第一組I0消耗比一般在1%～2%左右，系統的可靠性比較高。（第一組I0消耗比是電廠日常生產管理指標之一，用來衡量電廠核安全系統和設備的可靠性，該指標反映由于系統隨機不可用而導致其安全性能降級的程度以及維修響應的效率和質量）（表1）。

4.2 報警實例

大亞灣核電廠近20年的運行經驗表明：其火警探測系統確實能起到早期探測火警的作用。在所有的火災事件中，從沒有出現過現場有火情而在場的探測器沒有發出報警的情況。以下是兩起火災報警實例：

（1）2000-5-29T18：55，用控制室火警總盤發出NX廠房DVN設備室火災報警。經過現場檢查，確認由于風機皮帶脫落，與皮帶輪磨擦發煙，現場布置的感煙探測器發出了報警。

（2）2003-09-26，2 dVN002ZV風機的電機軸承過熱，烘烤漆皮產生了煙霧，觸發了房間內的煙霧探測器報警。

5 結語

核電廠的火警探測系統對電廠的消防的防和消都十分重要。大亞灣核電廠的消防和火警探測系統設計和建造都嚴格遵守相關的法規和標準。滿足核電廠消防要求。在核電廠運行期間，嚴格有效的管理維護和及時的改造是保證火警探測系統可靠穩定工作的關鍵，確保火災探測系統的安全穩定運行。

參考文獻

[1]HAF0202核電廠防火導則.

[2]RCC-I 法國壓水堆核電廠防火設計和建造規則.

[3]火警探測系統的設計規范.火災自動報警系統設計規范國家標準（GBJ116—88）.

[4]火警探測系統的施工驗收規范.火災自動報警系統施工驗收規范（GB50166—92）.

[5]大亞灣核電廠運行技術規范.

[6]大亞灣核電廠安全相關系統與設備定期試驗監督要求.