常規(guī)島雨淋閥電磁閥電壓低原因分析

閆云飛

(遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116000)

0 引言

紅沿河核電常規(guī)島消防設(shè)計(jì)與嶺東、陽(yáng)江、寧德、防城港等基地類(lèi)似，在A(yíng)PA泵、CEX泵及GHE密封油等重點(diǎn)防火區(qū)域設(shè)置水噴霧固定滅火系統(tǒng)，與火警系統(tǒng)設(shè)置聯(lián)動(dòng)，保證火災(zāi)初期火警探測(cè)器報(bào)警情況下聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)固定滅火系統(tǒng)，及時(shí)撲滅火災(zāi)。

如因?yàn)樵O(shè)計(jì)因素導(dǎo)致固定滅火系統(tǒng)無(wú)法聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)，火災(zāi)情況下只能通過(guò)火警干預(yù)人員就地手動(dòng)啟動(dòng)滅火系統(tǒng)，不僅滅火系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間會(huì)延遲，而且有人身傷害風(fēng)險(xiǎn)，不利于火災(zāi)初期撲救。

1 問(wèn)題概述

1.1 常規(guī)島雨淋閥電磁閥驅(qū)動(dòng)電壓低

2019年1月，紅沿河核電站2號(hào)機(jī)執(zhí)行常規(guī)島雨淋閥聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)，在觸發(fā)常規(guī)島內(nèi)1/2/3號(hào)APA泵、CEX泵及GHE密封油區(qū)域火警探測(cè)器、聯(lián)動(dòng)報(bào)警聲光報(bào)警器響起后，就地持續(xù)測(cè)量各區(qū)域雨淋閥電磁閥驅(qū)動(dòng)電壓最低值分別為8.2/8.3/8.8/9.6/9.6 V DC，均低于電磁閥額定工作電壓24 V DC。實(shí)驗(yàn)室對(duì)電磁閥最低啟動(dòng)電壓進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得電磁閥最低啟動(dòng)電壓為11.1 V DC，因此判斷2號(hào)常規(guī)島雨淋閥聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)期間電磁閥無(wú)法啟動(dòng)。

紅沿河核電站通過(guò)中廣核經(jīng)驗(yàn)反饋系統(tǒng)將該問(wèn)題反饋至集團(tuán)其他核電站，最終發(fā)現(xiàn)寧德核電在第三方消防檢測(cè)時(shí)常規(guī)島也發(fā)現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題；陽(yáng)江及防城港常規(guī)島火警設(shè)計(jì)與紅沿河基本相同，極有可能也存在類(lèi)似問(wèn)題。

1.2 雨淋閥拒動(dòng)影響分析

如常規(guī)島APA泵、CEX泵及GHE密封油區(qū)域發(fā)生火災(zāi)，起火區(qū)域不同類(lèi)型火警探測(cè)器報(bào)警后觸發(fā)相應(yīng)區(qū)域雨淋閥電磁閥啟動(dòng)信號(hào)。如雨淋閥電磁閥驅(qū)動(dòng)電壓低于電磁閥啟動(dòng)電壓，雨淋閥將無(wú)法聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)，只能通過(guò)就地手動(dòng)開(kāi)啟雨淋閥，消防噴淋最快啟動(dòng)方式失去，影響火災(zāi)初期干預(yù)速度，可能錯(cuò)過(guò)滅火最佳時(shí)機(jī)。

常規(guī)島CEX泵和GHE密封油區(qū)域與GRV發(fā)電機(jī)氫氣供應(yīng)系統(tǒng)含氫設(shè)備及管道最近距離不足5 m，如火勢(shì)蔓延至GRV系統(tǒng)且設(shè)備或管道內(nèi)氫氣未排空，將可能產(chǎn)生氫爆風(fēng)險(xiǎn)。

2 電磁閥驅(qū)動(dòng)電壓低原因分析

2.1 電磁閥動(dòng)作原理介紹

紅沿河常規(guī)島采用泰科DV-5雨淋閥，雨淋閥電磁閥額定工作電壓為24 V DC，正常情況下電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，如雨淋閥保護(hù)區(qū)域發(fā)生火災(zāi)，該區(qū)域內(nèi)兩種不同類(lèi)型探測(cè)器報(bào)警，會(huì)觸發(fā)電磁閥上游控制模塊輸出電壓，電磁閥線(xiàn)圈吸合開(kāi)啟后，雨淋閥隔膜腔泄水，雨淋閥啟動(dòng)。

以紅沿河1號(hào)機(jī)常規(guī)島APA泵雨淋閥舉例，雨淋閥聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)邏輯如圖1所示。

圖1 APA泵雨淋閥聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)原理

2.2 常規(guī)島雨淋閥消防聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

紅沿河核電一期4臺(tái)機(jī)組商運(yùn)后，分別在H104/H204/H302/H401大修期間執(zhí)行過(guò)1/2/3/4號(hào)機(jī)常規(guī)島JPH雨淋閥單體聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)期間測(cè)得各區(qū)域雨淋閥電磁閥驅(qū)動(dòng)電壓值見(jiàn)下表1所示。

表1 雨淋閥聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)電磁閥驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)比 V

其中1/3/4號(hào)機(jī)常規(guī)島雨淋閥單體聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)期間僅保留雨淋閥聯(lián)動(dòng)，其他火警聯(lián)動(dòng)功能被閉鎖。

2號(hào)機(jī)常規(guī)島雨淋閥試驗(yàn)期間保留了雨淋閥和聲光報(bào)警器聯(lián)動(dòng)，其他火警聯(lián)動(dòng)功能被閉鎖。

2.3 雨淋閥電磁閥電壓低原因分析

由表1可見(jiàn)，聲光報(bào)警器是否參與聯(lián)動(dòng)對(duì)雨淋閥電磁閥電壓影響較大。現(xiàn)統(tǒng)計(jì)常規(guī)島各類(lèi)火警探測(cè)設(shè)備電纜參數(shù)值，具體數(shù)值見(jiàn)下表2所示。

表2 各類(lèi)火警探測(cè)設(shè)備電流參數(shù)匯總

通過(guò)表2可以看出，防火閥工作電流最大，電磁閥工作電流次之，聲光報(bào)警器工作電流第三，但每次試驗(yàn)期間最多僅動(dòng)作15個(gè)防火閥，且供電10 s后自動(dòng)停止供電；每次試驗(yàn)期間最多僅動(dòng)作1個(gè)雨淋閥電磁閥；而61個(gè)聲光報(bào)警器將同時(shí)啟動(dòng)，且持續(xù)供電。

從表1可知，執(zhí)行1/3/4號(hào)機(jī)常規(guī)島雨淋閥聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)期間電磁閥驅(qū)動(dòng)電壓明顯高于2號(hào)機(jī)常規(guī)島雨淋閥聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)電磁閥電壓值。因此初步推斷電磁閥電壓過(guò)低可能與聲光報(bào)警器報(bào)警后火警控制器供電電源帶載設(shè)備增多、線(xiàn)路壓降增大有關(guān)，下面通過(guò)理論計(jì)算進(jìn)一步分析。

就地實(shí)測(cè)2號(hào)機(jī)常規(guī)島火警控制器至各供電回路配電箱距離，消防控制電源電纜長(zhǎng)度取近似值，通過(guò)計(jì)算公式估算電纜阻抗，計(jì)算公式如下：

其中：R——電阻，ρ——電阻率，L——電纜長(zhǎng)度，S——電纜截面積，現(xiàn)場(chǎng)火警直流電纜采用銅芯導(dǎo)線(xiàn)，截面積為2.5 mm2，20 ℃銅的電阻率為1.75×10-8Ωm，各供電回路配電箱之間電纜阻抗值見(jiàn)表3。

表3 各配電箱之間電纜阻抗對(duì)應(yīng)

通過(guò)2號(hào)機(jī)常規(guī)島火警控制器供電電源回路接線(xiàn)方式及配電線(xiàn)路上下游關(guān)系，繪制2號(hào)常規(guī)島火警控制器消防供電回路如圖2所示。

圖2 2號(hào)機(jī)常規(guī)島火警控制器消防供電回路

2號(hào)機(jī)常規(guī)島火警系統(tǒng)各控制回路下游負(fù)載數(shù)量如表4所示。

表4 2號(hào)機(jī)常規(guī)島火警系統(tǒng)各回路下游負(fù)載數(shù)量

通過(guò)理論計(jì)算各配電箱之間電纜壓降，進(jìn)而求得各配電箱處消防電源電壓理論值，計(jì)算過(guò)程先決條件如下。

(1) 將火警控制器消防供電電源取設(shè)計(jì)電壓24 V DC，且不考慮消防電源輸出阻抗壓降影響。

(2) 假定測(cè)量消防供電回路和受控設(shè)備無(wú)短路、斷路、接地、絕緣低等問(wèn)題。

(3) 僅計(jì)算火警控制器至各回路配線(xiàn)箱之間電纜阻抗，配電箱下游設(shè)備電纜阻抗忽略。

(4) 火焰探測(cè)器靜態(tài)電流和感溫電纜靜態(tài)電流取最大值。

各供電回路之間線(xiàn)路壓降計(jì)算公式通過(guò)歐姆定律求得：

火警控制器消防電源輸出電壓按照設(shè)計(jì)電壓24 V DC計(jì)算，逐級(jí)減去各供電回路之間線(xiàn)路壓降，求得各供電回路配電箱處消防電源電壓值，在聲光啟動(dòng)前后各供電回路配電箱處消防電源電壓對(duì)比值見(jiàn)表5所示。

表5 聲光報(bào)警器啟動(dòng)前后各供電回路配電箱電壓值 V

根據(jù)表5可以看出，聲光報(bào)警器啟動(dòng)前，雖然各供電回路之間線(xiàn)路存在壓降，但線(xiàn)路壓降較小，各供電回路配電箱處電壓值并未明顯降低。

在聲光報(bào)警器報(bào)警后，由于聲光報(bào)警器數(shù)量較多且工作電流較大，進(jìn)而導(dǎo)致流經(jīng)供電線(xiàn)路上的總電流增大，在線(xiàn)路電阻不變情況下，線(xiàn)路壓降將進(jìn)一步加大，造成各供電回路配電箱處電壓值逐漸降低。最終在本次雨淋閥聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)的第二供電回路配電箱處電壓值僅為8.38 V DC，與雨淋閥聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)時(shí)測(cè)得的電磁閥驅(qū)動(dòng)電壓值基本吻合。

理論計(jì)算半數(shù)聲光報(bào)警器響起后第二回路配電箱處電壓為14.96 V DC，與采取的臨時(shí)方案雨淋閥電磁閥驅(qū)動(dòng)電壓測(cè)量值也基本吻合。

因此可確定在工程設(shè)計(jì)初期，消防供電回路設(shè)計(jì)未充分考慮聲光報(bào)警器響起后帶載設(shè)備過(guò)多、線(xiàn)路壓降過(guò)大問(wèn)題，2號(hào)機(jī)常規(guī)島火警控制器供電回路設(shè)計(jì)帶載能力不足，進(jìn)而導(dǎo)致聲光報(bào)警器響起后雨淋閥電磁閥驅(qū)動(dòng)電壓遠(yuǎn)低于電磁閥工作電壓。

3 火警控制器帶載能力不足解決方案

3.1 臨時(shí)管控方案制定

根據(jù)此前原因分析，常規(guī)島雨淋閥電磁閥電壓低根本原因?yàn)槌Ｒ?guī)島火警控制器消防供電電源設(shè)計(jì)帶載能力不足，如想根本解決此問(wèn)題，需要通過(guò)工程改造增加火警控制器直流電源，但工程改造周期較長(zhǎng)，需要在改造完成前制定臨時(shí)管控方案。

通過(guò)多專(zhuān)業(yè)討論及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最終確定臨時(shí)管控方案為將1/2/3/4號(hào)機(jī)常規(guī)島聲光報(bào)警器平分成兩組，火警探測(cè)器報(bào)警情況下交替啟動(dòng)聲光報(bào)警器，每組運(yùn)行25 s，間隔5 s，避免聲光報(bào)警器同時(shí)啟動(dòng)后火警控制器供電電源帶載設(shè)備過(guò)多、線(xiàn)路壓降過(guò)大。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)電磁閥驅(qū)動(dòng)電壓升至15～17 V DC，雨淋閥正常動(dòng)作。

3.2 最終改造方案

3.2.1 改造前數(shù)據(jù)分析

由圖2可知，其中第5回路和第8回路單獨(dú)從火警控制器JDT101AL直流電源并聯(lián)引出，與第1，2，3，4，6，7回路不存在上下游串聯(lián)關(guān)系，且該兩條回路上設(shè)備較少，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，不存在線(xiàn)路壓降較大問(wèn)題，在此不做分析。

根據(jù)1/2/3/4號(hào)機(jī)常規(guī)島火警模塊箱現(xiàn)場(chǎng)布置情況，在保證各控制回路防火閥、電磁閥等設(shè)備正常動(dòng)作前提下，計(jì)算各控制回路所需最小需求電壓值。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，第1，2，3，4，6，7回路最小需求電壓均高于目前消防電源供電電壓24 V。咨詢(xún)供應(yīng)商得知，消防電源最大輸出可調(diào)至27.9 V，即使將消防電源上調(diào)至最大輸出，第1，2，3，4，7回路仍存在啟動(dòng)電壓不足問(wèn)題。

3.2.2 改造方案確定

據(jù)常規(guī)島JDT系統(tǒng)回路壓降計(jì)算結(jié)果， 1/2/3/4號(hào)機(jī)常規(guī)島JDT系統(tǒng)第1，2，3，4，7回路壓降超過(guò)電源最大輸出電壓范圍，無(wú)法正常動(dòng)作下游設(shè)備，需在1/2/3/4號(hào)機(jī)常規(guī)島JDT系統(tǒng)第1，2，3，4，7回路新增一路消防電源，并將回路部分負(fù)載分別接至新增消防電源中，火警控制器新增消防電源如3圖所示。

經(jīng)過(guò)此次工程改造，第1，2，3，4，7回路理論計(jì)算最小需求電壓見(jiàn)表6。

表6 常規(guī)島火警各回路電壓理論計(jì)算值 V

經(jīng)過(guò)壓降估算，改造后如將消防電源調(diào)至26 V DC可以滿(mǎn)足回路電壓需求，能有效解決1/2/3/4號(hào)機(jī)常規(guī)島JDT系統(tǒng)第1，2，3，4，7回路火警24 V聯(lián)動(dòng)電源部分終端啟動(dòng)電壓不足，無(wú)法正常動(dòng)作下游設(shè)備問(wèn)題。經(jīng)對(duì)標(biāo)外基地，寧德核電常規(guī)島火警電源2JDT150AL長(zhǎng)期處于27.4 V DC且對(duì)下游設(shè)備無(wú)影響的經(jīng)驗(yàn)反饋，改造時(shí)將消防電源調(diào)整至26 V DC輸出。

圖3 常規(guī)島火警控制器新增消防供電回路

2.2.3 電源設(shè)計(jì)

經(jīng)計(jì)算分析，需將1/2/3/4號(hào)機(jī)常規(guī)島JDT系統(tǒng)第1，2，3，4，7回路部分負(fù)載從原有回路斷開(kāi)，將斷開(kāi)的負(fù)載接入新增消防電源，火警控制器電源改造前后對(duì)比如圖4所示。

圖4 火警控制器電源改造前后對(duì)比

2.2.4 改造效果

紅沿河已于2020年11月完成1/2/3/4號(hào)機(jī)消防電源改造工作，經(jīng)再鑒定測(cè)試，在所有聯(lián)動(dòng)設(shè)備信號(hào)不隔離情況下，即使聲光報(bào)警器全部同時(shí)響起，1/2/3/4號(hào)機(jī)常規(guī)島雨淋閥電磁閥電壓在21.8～23.6 V之間，均高于電磁閥額定工作電壓85 %以上，雨淋閥可正常動(dòng)作，改造后常規(guī)島火警控制器控制回路啟動(dòng)電壓提升效果明顯。

4 結(jié)論

紅沿河核電站常規(guī)島雨淋閥電磁閥驅(qū)動(dòng)電壓低問(wèn)題為中國(guó)廣核集團(tuán)群廠(chǎng)共性問(wèn)題，根本原因?yàn)槌Ｒ?guī)島火警控制器消防供電電源設(shè)計(jì)帶載能力不足。對(duì)其原因進(jìn)行了原因分析，提出并實(shí)施了缺陷消除前的臨時(shí)管控方案以及解決根本問(wèn)題的改造方案。