核電站火警探測系統(tǒng)原理

王進(jìn)峰

【摘 要】論文以某核電站為例，重點(diǎn)介紹了目前國內(nèi)壓水堆核電站火警探測系統(tǒng)原理。

【Abstract】Taking a nuclear power station in China as an example， this paper mainly introduces the working principle of the fire detection system of domestic PWR nuclear power station.

【關(guān)鍵詞】核電站;火警;探測原理

【Keywords】 nuclear power station; fire alarm; detection principle

【中圖分類號】TM71? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）01-0166-02

1 火警探測系統(tǒng)的功能

在核電站各廠房內(nèi)固定點(diǎn)上，探測器晝夜不停地進(jìn)行24小時火警監(jiān)控。一旦起火，在起火的最初階段自動發(fā)出報警信號。在汽輪機(jī)廠房提供消防系統(tǒng)的狀態(tài)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(fā)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(yīng)堆廠房）的樓面上，都裝有地區(qū)模擬盤，上面有相應(yīng)房間的編號以及探測器的布置位置。它能用紅色發(fā)光二板管迅速顯示出火源的精確位置，報警喇叭會同時發(fā)出號聲。參見圖1。

在核島安裝的探測器能快速準(zhǔn)確地在主控盤上顯示出火災(zāi)部位。在常規(guī)島和全廠配套設(shè)施區(qū)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(guī)島和全廠配套設(shè)施區(qū)域設(shè)置有地區(qū)火災(zāi)報警盤，它們和主控盤連在一個電路上。報警信號一旦結(jié)束，所有探測器可不需作任何處置而再次恢復(fù)至工作狀態(tài)。因發(fā)現(xiàn)火災(zāi)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(yīng)該探測的警燈就會點(diǎn)亮。兩臺機(jī)組各設(shè)有一塊主控盤，均在標(biāo)高為19 m處的L711室。1號主控盤控制范圍包括1號機(jī)組及兩臺機(jī)組的公用設(shè)施，2號主控盤只包括2號機(jī)組。主控盤由火災(zāi)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(dú)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(xiàn)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(tǒng)失靈、主控盤故障等。

一旦主供電線路發(fā)生故障，鉛蓄電池可作為二級電源繼續(xù)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(xiàn)故障，則一個應(yīng)急小蓄電池還可以作為三級電源9V供電，并發(fā)出不間斷的連續(xù)報警信號，表示一、二級電源均已出現(xiàn)故障。

2 探測器類型及原理

火警探測系統(tǒng)的關(guān)鍵元件是探測器，大亞灣核電站根據(jù)電站不同廠房及部位采用了感溫、感煙、火焰等火災(zāi)探測報警器。可將火災(zāi)位置在就地顯示裝置上顯示，同時將火災(zāi)信號傳輸?shù)交鹁刂票P上，發(fā)出聲、光報警，并提供火災(zāi)發(fā)生的位置。

2.1 離子煙霧探測器（感煙探頭）

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

①原理：當(dāng)煙霧進(jìn)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(guān)開啟，發(fā)出報警信號。

②特點(diǎn)：靈敏度高，穩(wěn)定性好，不受光線及熱源影響，適用于早期火災(zāi)及陰燃火災(zāi)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(yīng)用場所：作為基本探測系統(tǒng)廣泛用于廠房、車間、辦公室等室內(nèi)場所。

2.2 溫升探測器（感溫探頭）

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

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

②特點(diǎn)：只敏感于溫度及溫升，對其他參數(shù)（煙、光）不敏感，很少誤報。

③應(yīng)用場所：適用于具有明顯快速放熱特征的火災(zāi)場所。如油系統(tǒng)、汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組軸承處，或作為惡劣環(huán)境下替代感煙探測器的補(bǔ)充手段，如焊接工作場所。

2.3 光學(xué)火焰探測器（火焰探頭）

光學(xué)火焰探測器，如右圖所示。它能在火焰初起30±3秒內(nèi)根據(jù)紅外輻射的原理作出報警反應(yīng)。

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(jìn)行探測報警。

②特點(diǎn)：可靠性高，很少誤報，但只能探測明火。

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

2.4 光學(xué)煙霧探測器（感煙探頭）

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

②特點(diǎn)：靈敏度高，適用于早期火災(zāi)報警及悶燃火災(zāi)報警。

③應(yīng)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?xì)浠衔铮静摹⑺芰稀⒕凭⑻烊粴獾龋┑娜紵芴綔y燃燒火焰發(fā)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(yīng)熱法測量氫氣濃度，用于防爆而非探測火災(zāi)，是JDT火警探測系統(tǒng)內(nèi)的獨(dú)立系統(tǒng)。12.5LEL%予警，25LEL %主警。

3 火警探測系統(tǒng)

3.1 熱—?dú)鈩犹綔y報警自動噴淋消防系統(tǒng)

熱—?dú)鈩犹綔y報警自動噴淋消防系統(tǒng)，由充滿3～3.5 bar壓縮空氣的管網(wǎng)組成探測系統(tǒng)，管網(wǎng)沿具有潛在火災(zāi)危險的區(qū)域布置，并在各探測點(diǎn)設(shè)置用易熔保險片密封的孔板。火災(zāi)發(fā)生時，溫度升高，使保險片熔化，從而引起管網(wǎng)內(nèi)空氣降壓，當(dāng)壓力降至0.8 bar時，就發(fā)出報警，同時啟動消防噴淋系統(tǒng)滅火。火災(zāi)后，再手動關(guān)閉隔離閥。系統(tǒng)的壓縮空氣由兩臺專用空氣壓縮機(jī)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(tǒng)

氣動玻泡探測報警消防系統(tǒng)與熱—?dú)鈩犹綔y報警消防系統(tǒng)，除感溫探頭不同外，其余完全相同。氣動玻泡消防系統(tǒng)的感溫元件不是易熔合金保險片，而是感溫玻璃泡，內(nèi)裝熱脹性大的液體，受熱后玻璃內(nèi)液體膨脹產(chǎn)生的壓力，導(dǎo)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(fā)出報警，同時啟動噴淋系統(tǒng)滅火。

3.3 線型感溫探測報警自動噴淋系統(tǒng)

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(shè)。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(tǒng)滅火。線型探測器的最大優(yōu)點(diǎn)是將點(diǎn)狀探測變?yōu)榫€狀探測，實(shí)現(xiàn)了探測連續(xù)性并擴(kuò)大了探測范圍。主要適用于電纜消防系統(tǒng)。

3.4 石英小玻泡噴頭自動探測噴淋系統(tǒng)

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