三门核电项目火灾探测器误报警分析

2015-04-01姚明奇

机电信息 2015年3期

姚明奇

（中核集团三门核电有限公司调试处，浙江台州317112）

0 引言

随着日本福岛核泄漏在全世界范围内的影响扩大，加上国家大规模发展核电事业，核电安全问题愈来愈多地受到重视。对于核电站，最重要的安全问题便是核泄漏和火灾，而发生火灾时如果不能及时报警并控制消灭火灾，那么极有可能成为核泄漏的诱因。故FPS（Fire Protection System，火灾报警系统）是核电站一个重要的安全系统。但在实际生产过程中，若火灾探测器发生误报警，则会造成FPS无法正常运行，给核电站正常运行带来负面影响。主要表现在：误报警可能误启动关联设备或关联系统（如防火阀、消防水系统等），还可能造成运行人员作出错误判断（如执行疏散人员的火灾响应）而使生产中断。如经常误报，则不可避免地会造成一定的生产损失，同时还会降低运行人员对FPS的信任度。

当探测器误报警时，往往难以查出具体原因，因此，火灾探测器的误报警原因及应对策略成为火灾探测器维护工作中的难点和重点。本文提出的探测器误报警原因和应对策略，可作为三门核电火灾探测器设计、施工、调试、维护和管理的参考。

1 火灾探测器的类型及其工作原理

1.1 三门核电火灾探测器的类型

FPS中的火灾探测器能检测环境中与火灾相关的信号（如烟雾、温度、火焰、可燃气体浓度等），并将检测到的信号传递至火警控制器，火警控制器通过信号处理、数据分析等过程判断是否发生火灾并触发报警信号。根据火灾发生时现象及检测气体的不同，三门核电用到的探测器有感烟探测器、感温探测器、火焰探测器、氢气探测器，如图1所示。

图1 三门核电火灾探测器分类

表1是三门核电部分重要厂房探测器数量统计，可以看出，使用最多的为感烟探测器，所占比例在80%以上，且感烟探测器的误报警原因最为复杂，因此本文主要针对感烟探测器进行分析。

表1 三门核电部分厂房各探测器数量统计

1.2 感烟探测器基本工作原理

感烟探测器的探测元件由光源和感光元件组成，如图2所示。正常时，光源的光线不能照射到感光元件上，但当环境中有烟雾存在时，烟雾会使光线发生散射，从而使部分光线射到感光元件上，烟雾越浓，散射到感光元件上的光线就越多，即感光元件接收到的光信号强度与烟雾浓度相关。感光元件再把光信号通过变送电路转换为电压或电流模拟量，然后经过A／D转换器、运算比较器或CPU转换成数字信号，通过通讯接口传至火警控制器，最终由火警控制器实现报警，如图3所示。

图2 感烟探测器探测元件

图3 探测器的基本工作原理

2 火灾探测器误报警潜在原因分析

火灾探测器误报警的触发原因较为复杂，除探测器内在原因外，环境、施工、人为因素等都可能导致误报警。下面以感烟探测器为例进行分析。

2.1 探测器内在原因

感光元件是火灾探测器的主要组成部分，其通过光学、物理学原理来检测外部环境的细微变化，往往会将与烟雾某方面特性相似的物质（如粉尘、水雾）误认为是火灾烟雾。另外，由于感光元件长期暴露在外部环境中，易受到空气中粉尘、潮气等影响而使灵敏度降低。

探测电路是包括感光元件在内的一组电路，主要功能是把感光元件传送过来的“信息”转换为所需要的电压或电流信号；通讯电路负责把探测到的“信息”传送到火灾报警控制器。当信息有误时，探测电路可能将错误信息误认为是烟雾报警信息。若探测器安装时距镇流器等电磁干扰源过近，易导致其探测电路不报警或误报警；当火警线缆与其他强电线缆同管敷设时，易使通讯电路受电磁干扰，可能把“0”信号变为“1”信号或是把低电平变为高电平。

2.2 环境的影响

（1）潮湿。由于三门核电厂三面靠海一面靠山，且属亚热带温湿气候，湿度必然超标，特别是夏季梅雨季节，湿度经常达到95%以上，白天气温较高，空气不易达到饱和，较难形成水珠，当到了晚上，气温下降，空气中的水蒸气很容易饱和，易形成水珠。当进入探测器探测室里的湿气形成水珠后，会导致光线大量散射，使探测器发生误报警。湿气还易吸附灰尘，在探测器的电路板上产生漏电流，腐蚀电路板，如遇雨天等潮湿天气，则情况更加严重。

（2）粉尘。由于粉尘对于感烟探测器来讲具有与烟雾相似的物理特性，均能使光线发生散射，同时粉尘不易清除，故其是感烟探测器的“头号杀手”。因为当粉尘进入探测器后，如果附着在防虫网网孔上，会堵塞网孔，减少烟气进入量，导致漏报；如果附着在探测室内壁上，将会造成光线散射，使感光元件在正常工作时也能接收到光线，从而导致工作点漂移，如此一来，探测器会越来越灵敏，易发生误报警；如果附着在发光元件或光敏元件上，会使发射／接收功能丧失，失去报警功能；另外，如在气流作用下粉尘被扬起，也会发生误报警。

（3）大气悬浮颗粒。大气中长期悬浮大量颗粒物，其中约有1／4为降尘（粒径为10～100μm），在空中停留期短，受重力作用会很快降落，但在外界环境影响下，这部分颗粒的浓度可能突然升高而使探测器发生误报警。对于粒径小于10μm的颗粒（俗称PM10），可以在大气中长时间停留，探测器投运后，始终处于这些悬浮颗粒的包围中，且这些悬浮颗粒与烟雾一样能对光发生散射作用。因此，这些悬浮颗粒使探测器始终存在“本底烟雾值”。研究表明，不同的本底烟雾值下，感烟探测器的灵敏度会有不同程度的改变，如图4所示。

图4 不同本底值时同一火源引起的烟浓度变化对比曲线

D1、D2分别代表不同污染程度的大气环境中感烟探测器对应的本底烟雾值；若D1与D2之差足够大，则原本具有相同灵敏度的感烟探测器在本底烟雾值不同时对同一烟源的反应将不同。

（4）气流。由于办公用房、设备用房均设有通风系统，当探测器靠近通风空调送风口、风室、风道时，如发生火灾，气流会将烟雾吹离探测器，从而可能造成报警缓慢或漏报警。气流还可能将杂物带入探测器探测室，导致误报警。

2.3 施工的影响

（1）火警线缆存在中间接头。接头不但会降低线缆机械强度，同时易吸附粉尘和水汽，造成线缆绝缘水平降低，使线路发生接地故障，从而导致误报警；另外，线缆接头也属于重要隐患，如发生接地故障，不利于查找故障点，将给系统调试维保带来不便。

（2）与强电线缆未分开敷设。火警信号为弱电信号，当火警线缆与强电线缆同管敷设或通过槽盒的同一槽孔敷设时，火警信号易受电磁干扰影响而不能正确传输。故火警线缆应单独布线，并与强电线缆之间留出足够的距离。

（3）探测器安装过早。施工阶段探测器安装过早，易导致其在别的工种施工时被碰坏，还将导致探测器受到施工灰尘的影响，为此，国标要求“探测器在施工完成后方可安装”。但由于三门核电不少探测器安装位置过高等原因，施工完成后再安装工作量较大，故探测器安装较早。针对三门核电实际情况，调试部门要求建安阶段探测器防尘罩必须可靠地罩在探测器上，但实际上也出现了不少防尘罩被随意摘除的窘况。

（4）探测器距障碍物过近。探测器安装位置与梁、风口、烟道等距离过近，则易受影响而发生误报警。

2.4 人为因素的影响

（1）设计问题。设计阶段如未充分考虑厂房环境、使用特点等因素，选择错误的探测器类型或错误的探测器布置，将导致探测器误报警。如应急指挥中心甲烷气瓶间设计了氢气探测器，将导致探测器在气体泄漏时漏报警；废水处理厂房未考虑梁的影响，将探测器设计在2根高于60 cm的梁之间，可能造成房间其他区域发生火灾而漏报警。

（2）探测器参数设置问题。探测器会发出火警信息，是通过比对实际测量值与预先设定的阈值实现的，如测量值达到或超过设定的阈值，则探测器报警。在整个过程中，需根据探测器种类及所处环境进行参数设置，包括报警阈值、本底值等，如这些参数在出厂时设置就存在偏差，或进行探测器标定时对这些参数设置不合理，都可能导致探测器误报警。

（3）其他人为因素导致的误报警。火警调试初期，厂家提供的感烟探测器的测试工具为石蜡烟雾发生器，起初由于经验不足，且工具为厂家提供，故未持怀疑态度，导致调试后大量石蜡附着在探测器探测室内，且不易消除，探测器经常误报警。后来使用比真实烟雾更利于消散的气溶胶感烟探测器测试仪，调试完成后，探测器误报警次数减少了很多。

3 探测器误报警的应对策略

3.1 设计方面

在系统设计阶段严格审查探测器设计，特别注意探测器选型及布置，当发现选型不正确或布置不合理时，要及时与设计方沟通，用曾经发生过的事实要求设计方修改设计。

3.2 施工方面

在FPS开始施工时，提前介入施工现场，要求探测器安装位置与干扰源的距离达到国标要求，并对探测器进行可靠的保护。对于火警线缆要杜绝中间接头，并要求单独穿管，从而与强电线缆分开敷设。

3.3 调试方面

严格执行调试程序，并参照规范，对于发现的任何一个细节问题，都要进行可靠处理。

3.4 使用方面

在火警主控制器所在房间设立值班点，安排人员以倒班的形式值班，确保火警主控制器随时有人值守；对于区域控制器建立巡检制度，每天巡检全厂所有区域控制器一次，如发现误报警，则可及时采取措施消除报警。

制定合理的探测器检测和清洗计划，由国家消防局授权的专业单位执行，按月度、季度抽查和年度测试并存并以子项为单位的方式，以2年为1个周期，完成全厂探测器的检测和清洗。及时更换测试不合格的探测器，最大限度地减少环境中粉尘对探测器探测元件的影响。

4 应用效果

目前，三门核电一期工程已完成网控楼、循泵房、除盐水及“三废”处理厂房等区域的FPS由建安向调试移交及调试投运。表2为2012年10月—2014年10月三门核电一期工程部分厂房FPS火灾探测器误报警故障发生次数的统计数据。其中，2012年、2013年期间以上厂房尚有不少局部施工，误报警次数较多；2014年施工全部结束，且发生误报警的探测器已全部更换，误报警次数急剧下降，这反映了项目所选用火灾探测器性能较好、可靠性高。