核電廠火災探測報警系統性能優化

羅 根

（中核武漢核電運行技術股份有限公司 浙江分公司，浙江 嘉興 314300）

核能是一種清潔能源，成為世界各國發展新能源的一個重要選擇，但由于開發核電存在輻射的危害，要發展核電，核安全處于首要位置。核安全不僅僅是要防止核泄漏，而且應該包括火災、地震等外部事件對核電廠的影響。核電廠火災探測報警系統具有早期發現火情，撲滅初期火災的特點，是核電廠安全、可靠運行的一種重要安全保護設施。

1 火災探測報警系統簡介

1.1 火災探測報警系統功能

火災探測報警系統主要有以下功能：

◇ 由各類火災探測器對分布在廠區的固定點進行連續監測。

◇ 當有火情發生時，系統可自動發出聲光報警，也可手動報警。

圖1 火災探測報警系統網絡拓撲圖Fig.1 Network topology diagram of fire detection and alarm system

圖2 火災就地模擬盤Fig.2 Fire in-place simulation disk

◇ 根據火情聯動相關消防系統動作，自動或手動切非消防電源，并監視消防系統運行情況。

◇ 提供各廠房消防系統的狀態指示。

◇ 設有消防電話系統，為各防火分區提供人工報警及消防指揮的專用通信通道。

1.2 火災探測報警系統的結構與工作方式

1.2.1 系統結構

火災探測報警系統的整體結構如圖1所示，BOP廠房內所有的探測器都相應地連接到附近的區域火災報警控制器上。每個區域火災報警控制器通過RJ45以太網接口送報警信號（火警信號、故障信號）至UA消防控制器，并且傳送給核島主控室的火災自動報警控制器和操作員工作站上顯示[1]。在主控室火災報警控制器可顯示所有廠房內的火災報警信號，主控室火災報警控制器旁邊還配置有關鍵敏感區域的監控畫面。

每個火災報警控制器上有16個探測回路，每個回路可以掛接254個探測器。系統采用回路總線和電源總線的雙總線制。除了工作指示燈亮外，網絡型火災報警控制器及區域火災報警控制器上所有各種指示燈均為熄滅狀態。系統通過巡檢電流對所有回路的連續監測可以識別回路上任一點的探測器故障或損壞。因此，各回路中發生的任何故障，諸如短路或保險絲燒斷，均向火災報警控制器發送信號。

在主電源供電發生故障后，由第二電源蓄電池向JDT系統供電8h。在主電源和備用電源同時發生故障時，控制器專設的蓄電池可保持系統火災和故障報警狀態記錄，并將故障信號送至網絡型報警控制器[2]。

火災自動探測器安裝在核電廠各防火區域的固定位置上，利用不同的探測原理使用不同類型的探測器對火災進行全面監測。所有類型的探測器的工作電壓為直流24V，所有類型的點型探測器由一個固定式底座（內含連接端子及觸點）及探測單元組成。本系統采用了7種火災探測器，其動作時間可以進行整定以符合特定的火災報警要求：光電感煙探測器、線型光束感煙探測器、紅外火焰探測器、差定溫探測器、本安型感煙探測器、纜式線型感溫探測器、空氣采用感煙探測器。

1.2.2 工作方式

火災就地模擬盤（見圖2）安裝于各建筑物的入口，可在顯示屏上直觀指示出發生火情的房間的位置，發出聲、光報警信號，使消防人員能快速確定火災位置[3]?；馂木偷啬M盤上還設置有TO按鈕，用來模擬區域火災報警信號以及測試報警燈功能是否正常，當區域內火災探測器動作，或者按下TO按鈕時，會根據工藝需求，聯鎖動作相應區域內的防火閥、排煙閥、風機等設備，并向主控發出報警，該按鈕僅供運行人員試驗時使用。

每次發生的火災事件將由火災探測系統（JDT）首次火災探測信號進行確定，并由煙氣蔓延所產生的多個火災探測信號進行跟蹤。首次火災探測信號是由于接近發生火災的區域，而被稱為“首次火災記憶”，而其它隨后產生的火災探測信號被稱為“煙氣蔓延監測報警”。每個JDT“首次火災記憶”信號將產生一個JDT“SJ.9”信號，并通過網關傳送到DCS。其它“煙氣蔓延監測報警”不會產生傳送至DCS的信號。

當兩個或兩個以上火災探測器同時動作時，JDT系統將產生SJ信號，如果需要，DCS可將SJ信號用于：

◇ 控制通風系統驅動機構，一般情況下關閉防火閥，有時停運風機。

◇ 控制消防系統驅動機構，一般情況下打開消防系統的閥門。

例如：

1）L105房間（1ZFSL0180A）的首次火災探測信號將觸發JDT火災探測報警“L105房間內首次火災記憶探測”，并在主控制室的JDT工作站上進行顯示。

2）同時將產生1JDT310SJ.9信號并傳送至DCS。

3）當兩個或兩個以上火災探測器同時動作時，將產生1JDT310SJ信號并傳送至DCS。

4）DCS對1JDT310SJ.9和1JDT310SJ信號進行處理，1JDT310SJ.9信號將觸發1SFZ310KA報警并在KIC上進行顯示，1JDT310SJ信號自動關閉4個相關防火閥。

2 運行過程中遇到的問題及解決方法

2.1 異常顯示區域火災報警

在幾次防火分區試驗的過程中，發現主控KIC畫面上顯示了非試驗區域中的防火閥異常關閉的情況，總結起來有以下幾點：

1）統計發現有此類現象的均是火災顯示盤上TO按鈕相對較多，傳輸線路相對較長的回路。對總線的輸出信號進行波形分析，發現在火災就地模擬盤與主機通訊的過程中，波形出現毛刺現象，在電平的轉換過程中，波形更加混亂。分析原因，由于回路負載過多，造成線路的分布電容相對較大，從而產生信號的畸變，進而使數字電路的高低電平無法得到明確地區分，從而產生誤報現象。針對此類故障，在火災就地模擬盤回路無法減少負載（隨著防火要求的越來越嚴格，以后只會越來越多）的情況下，提出了改進主板電路的要求，調整輸出信號的脈沖寬度，保證能得到明確區分高低電平的標準輸出信號。

2）火災就地模擬盤上的TO按鈕因為工藝的要求，存在許多交叉引用的按鈕，同一功能的按鈕可能分布兩個及以上的就地模擬盤上；另外，由于盤面的限制，部分按鈕安裝時，間隔比較小，這種情況下增加了誤觸碰的概率。針對此現象，修改了火災就地模擬信號的觸發時間，在火警控制器主機上設置了每個TO按鈕延時3s觸發。部分關鍵重要的TO按鈕加裝了塑料防護罩，從硬件和軟件兩個方面杜絕此類現象。

3）個別防火閥在DCS一層上的邏輯鏈接有誤，多是在調試階段邏輯變更沒有形成正式文件造成的編碼地址混用。此類現象較少，在第一個循環的防火分區試驗已全部修改完成。

2.2 雨淋閥及熔斷閥誤動作

JDT系統控制的雨淋閥有7個，熔斷閥有27個。閥門直接開啟的信號流程為：火災就地模擬盤TO按鈕按下→模擬盤數據處理板→火災報警主機柜→DCS一層→閥門，模擬盤因為自身可靠性問題易發閥門誤動作事件。運行期間發生過模擬盤數據處理板故障使得TO按鈕誤觸發從而導致柴油機廠房雨淋閥動作的事件。

模擬盤為非標準產品，未經過消防設備強制認證，可靠性低[4]。如果觸發熔斷閥動作，導致熔斷閥的石英玻璃球噴頭破壞，嚴重地會導致電氣廠房電纜層水淹，如果柴油機廠房雨淋閥誤噴，可能造成設備不可修復的損壞。將閥門直啟的信號流程改為：火災就地模擬盤TO按鈕按下→DCS一層→閥門。去除模擬盤數據處理板環節，避免因為模擬盤自身可靠性問題引起閥門動作的隱患。更改動作方式可以降低非火災情況下閥門動作的概率，從而保障機組穩定運行。

2.3 火警系統主機死機導致設備不可用

位于LX廠房的聯動型火災報警控制器（火警系統主機），能顯示系統中所有火災探測器、其他BOP廠房報警控制器的工作狀態，也能發出指令控制排煙閥、風機等的動作，運行期間發生過幾次主機死機現象。當火災主機死機后，就地探測器及聯動的報警控制器不受影響，但是如果有新的火災信息產生，系統無法進行顯示及判斷，可能造成重大火災事故。

經過反復試驗與分析，火災主機死機是由于同時顯示的火警信息過多所造成。當有火警信息產生時，如果沒有得到主控確認恢復的指令，主機會一直顯示當前所有的信息。由于現場工作的需要，有些防火閥會臨時關閉，部分探測器也會因為附近有打磨、鉆孔、油漆作業等工作而誤觸發報警信號，這些信息都會保留在主機。當主控進行防火分區試驗時，會同時動作好幾個防火閥，同時觸發報警信息，此時火災主機最容易死機。

針對此現象，主控在做防火分區報警試驗前，會先檢查火災主機的運行情況，刪除不重要的信息，做好臨時屏蔽，部分信號不需要送主控，減少主機同時需要處理的信息量。火災主機加入日常巡檢項目，及時發現問題，保證運行安全。

3 結束語

核電廠火災探測報警系統在進行多方面的優化后，故障率明顯有所降低，特別是柴油機雨淋閥的邏輯變更，大大降低了雨淋閥誤動作的風險，極大提高了工作效率，使核電廠火災系統安全、穩定地運行得到保證。