常規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

紅沿河核電常規島消防設計與嶺東、陽江、寧德、防城港等基地類似，在APA泵、CEX泵及GHE密封油等重點防火區域設置水噴霧固定滅火系統，與火警系統設置聯動，保證火災初期火警探測器報警情況下聯動啟動固定滅火系統，及時撲滅火災。

如因為設計因素導致固定滅火系統無法聯動啟動，火災情況下只能通過火警干預人員就地手動啟動滅火系統，不僅滅火系統啟動時間會延遲，而且有人身傷害風險，不利于火災初期撲救。

1 問題概述

1.1 常規島雨淋閥電磁閥驅動電壓低

2019年1月，紅沿河核電站2號機執行常規島雨淋閥聯動試驗，在觸發常規島內1/2/3號APA泵、CEX泵及GHE密封油區域火警探測器、聯動報警聲光報警器響起后，就地持續測量各區域雨淋閥電磁閥驅動電壓最低值分別為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。實驗室對電磁閥最低啟動電壓進行測試，測得電磁閥最低啟動電壓為11.1 V DC，因此判斷2號常規島雨淋閥聯動試驗期間電磁閥無法啟動。

紅沿河核電站通過中廣核經驗反饋系統將該問題反饋至集團其他核電站，最終發現寧德核電在第三方消防檢測時常規島也發現類似問題；陽江及防城港常規島火警設計與紅沿河基本相同，極有可能也存在類似問題。

1.2 雨淋閥拒動影響分析

如常規島APA泵、CEX泵及GHE密封油區域發生火災，起火區域不同類型火警探測器報警后觸發相應區域雨淋閥電磁閥啟動信號。如雨淋閥電磁閥驅動電壓低于電磁閥啟動電壓，雨淋閥將無法聯動啟動，只能通過就地手動開啟雨淋閥，消防噴淋最快啟動方式失去，影響火災初期干預速度，可能錯過滅火最佳時機。

常規島CEX泵和GHE密封油區域與GRV發電機氫氣供應系統含氫設備及管道最近距離不足5 m，如火勢蔓延至GRV系統且設備或管道內氫氣未排空，將可能產生氫爆風險。

2 電磁閥驅動電壓低原因分析

2.1 電磁閥動作原理介紹

紅沿河常規島采用泰科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閉狀態，如雨淋閥保護區域發生火災，該區域內兩種不同類型探測器報警，會觸發電磁閥上游控制模塊輸出電壓，電磁閥線圈吸合開啟后，雨淋閥隔膜腔泄水，雨淋閥啟動。

以紅沿河1號機常規島APA泵雨淋閥舉例，雨淋閥聯動啟動邏輯如圖1所示。

圖1 APA泵雨淋閥聯動啟動原理

2.2 常規島雨淋閥消防聯動試驗數據對比

紅沿河核電一期4臺機組商運后，分別在H104/H204/H302/H401大修期間執行過1/2/3/4號機常規島JPH雨淋閥單體聯動試驗，試驗期間測得各區域雨淋閥電磁閥驅動電壓值見下表1所示。

表1 雨淋閥聯動試驗電磁閥驅動電壓對比 V

其中1/3/4號機常規島雨淋閥單體聯動試驗期間僅保留雨淋閥聯動，其他火警聯動功能被閉鎖。

2號機常規島雨淋閥試驗期間保留了雨淋閥和聲光報警器聯動，其他火警聯動功能被閉鎖。

2.3 雨淋閥電磁閥電壓低原因分析

由表1可見，聲光報警器是否參與聯動對雨淋閥電磁閥電壓影響較大。現統計常規島各類火警探測設備電纜參數值，具體數值見下表2所示。

表2 各類火警探測設備電流參數匯總

通過表2可以看出，防火閥工作電流最大，電磁閥工作電流次之，聲光報警器工作電流第三，但每次試驗期間最多僅動作15個防火閥，且供電10 s后自動停止供電；每次試驗期間最多僅動作1個雨淋閥電磁閥；而61個聲光報警器將同時啟動，且持續供電。

從表1可知，執行1/3/4號機常規島雨淋閥聯動試驗期間電磁閥驅動電壓明顯高于2號機常規島雨淋閥聯動試驗電磁閥電壓值。因此初步推斷電磁閥電壓過低可能與聲光報警器報警后火警控制器供電電源帶載設備增多、線路壓降增大有關，下面通過理論計算進一步分析。

就地實測2號機常規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度取近似值，通過計算公式估算電纜阻抗，計算公式如下：

其中：R——電阻，ρ——電阻率，L——電纜長度，S——電纜截面積，現場火警直流電纜采用銅芯導線，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表3。

表3 各配電箱之間電纜阻抗對應

通過2號機常規島火警控制器供電電源回路接線方式及配電線路上下游關系，繪制2號常規島火警控制器消防供電回路如圖2所示。

圖2 2號機常規島火警控制器消防供電回路

2號機常規島火警系統各控制回路下游負載數量如表4所示。

表4 2號機常規島火警系統各回路下游負載數量

通過理論計算各配電箱之間電纜壓降，進而求得各配電箱處消防電源電壓理論值，計算過程先決條件如下。

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

(2) 假定測量消防供電回路和受控設備無短路、斷路、接地、絕緣低等問題。

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

(4) 火焰探測器靜態電流和感溫電纜靜態電流取最大值。

各供電回路之間線路壓降計算公式通過歐姆定律求得：

火警控制器消防電源輸出電壓按照設計電壓24 V DC計算，逐級減去各供電回路之間線路壓降，求得各供電回路配電箱處消防電源電壓值，在聲光啟動前后各供電回路配電箱處消防電源電壓對比值見表5所示。

表5 聲光報警器啟動前后各供電回路配電箱電壓值 V

根據表5可以看出，聲光報警器啟動前，雖然各供電回路之間線路存在壓降，但線路壓降較小，各供電回路配電箱處電壓值并未明顯降低。

在聲光報警器報警后，由于聲光報警器數量較多且工作電流較大，進而導致流經供電線路上的總電流增大，在線路電阻不變情況下，線路壓降將進一步加大，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動試驗的第二供電回路配電箱處電壓值僅為8.38 V DC，與雨淋閥聯動試驗時測得的電磁閥驅動電壓值基本吻合。

理論計算半數聲光報警器響起后第二回路配電箱處電壓為14.96 V DC，與采取的臨時方案雨淋閥電磁閥驅動電壓測量值也基本吻合。

因此可確定在工程設計初期，消防供電回路設計未充分考慮聲光報警器響起后帶載設備過多、線路壓降過大問題，2號機常規島火警控制器供電回路設計帶載能力不足，進而導致聲光報警器響起后雨淋閥電磁閥驅動電壓遠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 臨時管控方案制定

根據此前原因分析，常規島雨淋閥電磁閥電壓低根本原因為常規島火警控制器消防供電電源設計帶載能力不足，如想根本解決此問題，需要通過工程改造增加火警控制器直流電源，但工程改造周期較長，需要在改造完成前制定臨時管控方案。

通過多專業討論及現場試驗，最終確定臨時管控方案為將1/2/3/4號機常規島聲光報警器平分成兩組，火警探測器報警情況下交替啟動聲光報警器，每組運行25 s，間隔5 s，避免聲光報警器同時啟動后火警控制器供電電源帶載設備過多、線路壓降過大。現場試驗電磁閥驅動電壓升至15～17 V DC，雨淋閥正常動作。

3.2 最終改造方案

3.2.1 改造前數據分析

由圖2可知，其中第5回路和第8回路單獨從火警控制器JDT101AL直流電源并聯引出，與第1，2，3，4，6，7回路不存在上下游串聯關系，且該兩條回路上設備較少，經現場實際測量，不存在線路壓降較大問題，在此不做分析。

根據1/2/3/4號機常規島火警模塊箱現場布置情況，在保證各控制回路防火閥、電磁閥等設備正常動作前提下，計算各控制回路所需最小需求電壓值。根據計算結果可知，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。咨詢供應商得知，消防電源最大輸出可調至27.9 V，即使將消防電源上調至最大輸出，第1，2，3，4，7回路仍存在啟動電壓不足問題。

3.2.2 改造方案確定

據常規島JDT系統回路壓降計算結果， 1/2/3/4號機常規島JDT系統第1，2，3，4，7回路壓降超過電源最大輸出電壓范圍，無法正常動作下游設備，需在1/2/3/4號機常規島JDT系統第1，2，3，4，7回路新增一路消防電源，并將回路部分負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。

經過此次工程改造，第1，2，3，4，7回路理論計算最小需求電壓見表6。

表6 常規島火警各回路電壓理論計算值 V

經過壓降估算，改造后如將消防電源調至26 V DC可以滿足回路電壓需求，能有效解決1/2/3/4號機常規島JDT系統第1，2，3，4，7回路火警24 V聯動電源部分終端啟動電壓不足，無法正常動作下游設備問題。經對標外基地，寧德核電常規島火警電源2JDT150AL長期處于27.4 V DC且對下游設備無影響的經驗反饋，改造時將消防電源調整至26 V DC輸出。

圖3 常規島火警控制器新增消防供電回路

2.2.3 電源設計

經計算分析，需將1/2/3/4號機常規島JDT系統第1，2，3，4，7回路部分負載從原有回路斷開，將斷開的負載接入新增消防電源，火警控制器電源改造前后對比如圖4所示。

圖4 火警控制器電源改造前后對比

2.2.4 改造效果

紅沿河已于2020年11月完成1/2/3/4號機消防電源改造工作，經再鑒定測試，在所有聯動設備信號不隔離情況下，即使聲光報警器全部同時響起，1/2/3/4號機常規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，雨淋閥可正常動作，改造后常規島火警控制器控制回路啟動電壓提升效果明顯。

4 結論

紅沿河核電站常規島雨淋閥電磁閥驅動電壓低問題為中國廣核集團群廠共性問題，根本原因為常規島火警控制器消防供電電源設計帶載能力不足。對其原因進行了原因分析，提出并實施了缺陷消除前的臨時管控方案以及解決根本問題的改造方案。