核电厂火灾探测报警系统性能优化

罗 根

（中核武汉核电运行技术股份有限公司 浙江分公司，浙江 嘉兴 314300）

核能是一种清洁能源，成为世界各国发展新能源的一个重要选择，但由于开发核电存在辐射的危害，要发展核电，核安全处于首要位置。核安全不仅仅是要防止核泄漏，而且应该包括火灾、地震等外部事件对核电厂的影响。核电厂火灾探测报警系统具有早期发现火情，扑灭初期火灾的特点，是核电厂安全、可靠运行的一种重要安全保护设施。

1 火灾探测报警系统简介

1.1 火灾探测报警系统功能

火灾探测报警系统主要有以下功能：

◇ 由各类火灾探测器对分布在厂区的固定点进行连续监测。

◇ 当有火情发生时，系统可自动发出声光报警，也可手动报警。

图1 火灾探测报警系统网络拓扑图Fig.1 Network topology diagram of fire detection and alarm system

图2 火灾就地模拟盘Fig.2 Fire in-place simulation disk

◇ 根据火情联动相关消防系统动作，自动或手动切非消防电源，并监视消防系统运行情况。

◇ 提供各厂房消防系统的状态指示。

◇ 设有消防电话系统，为各防火分区提供人工报警及消防指挥的专用通信通道。

1.2 火灾探测报警系统的结构与工作方式

1.2.1 系统结构

火灾探测报警系统的整体结构如图1所示，BOP厂房内所有的探测器都相应地连接到附近的区域火灾报警控制器上。每个区域火灾报警控制器通过RJ45以太网接口送报警信号（火警信号、故障信号）至UA消防控制器，并且传送给核岛主控室的火灾自动报警控制器和操作员工作站上显示[1]。在主控室火灾报警控制器可显示所有厂房内的火灾报警信号，主控室火灾报警控制器旁边还配置有关键敏感区域的监控画面。

每个火灾报警控制器上有16个探测回路，每个回路可以挂接254个探测器。系统采用回路总线和电源总线的双总线制。除了工作指示灯亮外，网络型火灾报警控制器及区域火灾报警控制器上所有各种指示灯均为熄灭状态。系统通过巡检电流对所有回路的连续监测可以识别回路上任一点的探测器故障或损坏。因此，各回路中发生的任何故障，诸如短路或保险丝烧断，均向火灾报警控制器发送信号。

在主电源供电发生故障后，由第二电源蓄电池向JDT系统供电8h。在主电源和备用电源同时发生故障时，控制器专设的蓄电池可保持系统火灾和故障报警状态记录，并将故障信号送至网络型报警控制器[2]。

火灾自动探测器安装在核电厂各防火区域的固定位置上，利用不同的探测原理使用不同类型的探测器对火灾进行全面监测。所有类型的探测器的工作电压为直流24V，所有类型的点型探测器由一个固定式底座（内含连接端子及触点）及探测单元组成。本系统采用了7种火灾探测器，其动作时间可以进行整定以符合特定的火灾报警要求：光电感烟探测器、线型光束感烟探测器、红外火焰探测器、差定温探测器、本安型感烟探测器、缆式线型感温探测器、空气采用感烟探测器。

1.2.2 工作方式

火灾就地模拟盘（见图2）安装于各建筑物的入口，可在显示屏上直观指示出发生火情的房间的位置，发出声、光报警信号，使消防人员能快速确定火灾位置[3]。火灾就地模拟盘上还设置有TO按钮，用来模拟区域火灾报警信号以及测试报警灯功能是否正常，当区域内火灾探测器动作，或者按下TO按钮时，会根据工艺需求，联锁动作相应区域内的防火阀、排烟阀、风机等设备，并向主控发出报警，该按钮仅供运行人员试验时使用。

每次发生的火灾事件将由火灾探测系统（JDT）首次火灾探测信号进行确定，并由烟气蔓延所产生的多个火灾探测信号进行跟踪。首次火灾探测信号是由于接近发生火灾的区域，而被称为“首次火灾记忆”，而其它随后产生的火灾探测信号被称为“烟气蔓延监测报警”。每个JDT“首次火灾记忆”信号将产生一个JDT“SJ.9”信号，并通过网关传送到DCS。其它“烟气蔓延监测报警”不会产生传送至DCS的信号。

当两个或两个以上火灾探测器同时动作时，JDT系统将产生SJ信号，如果需要，DCS可将SJ信号用于：

◇ 控制通风系统驱动机构，一般情况下关闭防火阀，有时停运风机。

◇ 控制消防系统驱动机构，一般情况下打开消防系统的阀门。

例如：

1）L105房间（1ZFSL0180A）的首次火灾探测信号将触发JDT火灾探测报警“L105房间内首次火灾记忆探测”，并在主控制室的JDT工作站上进行显示。

2）同时将产生1JDT310SJ.9信号并传送至DCS。

3）当两个或两个以上火灾探测器同时动作时，将产生1JDT310SJ信号并传送至DCS。

4）DCS对1JDT310SJ.9和1JDT310SJ信号进行处理，1JDT310SJ.9信号将触发1SFZ310KA报警并在KIC上进行显示，1JDT310SJ信号自动关闭4个相关防火阀。

2 运行过程中遇到的问题及解决方法

2.1 异常显示区域火灾报警

在几次防火分区试验的过程中，发现主控KIC画面上显示了非试验区域中的防火阀异常关闭的情况，总结起来有以下几点：

1）统计发现有此类现象的均是火灾显示盘上TO按钮相对较多，传输线路相对较长的回路。对总线的输出信号进行波形分析，发现在火灾就地模拟盘与主机通讯的过程中，波形出现毛刺现象，在电平的转换过程中，波形更加混乱。分析原因，由于回路负载过多，造成线路的分布电容相对较大，从而产生信号的畸变，进而使数字电路的高低电平无法得到明确地区分，从而产生误报现象。针对此类故障，在火灾就地模拟盘回路无法减少负载（随着防火要求的越来越严格，以后只会越来越多）的情况下，提出了改进主板电路的要求，调整输出信号的脉冲宽度，保证能得到明确区分高低电平的标准输出信号。

2）火灾就地模拟盘上的TO按钮因为工艺的要求，存在许多交叉引用的按钮，同一功能的按钮可能分布两个及以上的就地模拟盘上；另外，由于盘面的限制，部分按钮安装时，间隔比较小，这种情况下增加了误触碰的概率。针对此现象，修改了火灾就地模拟信号的触发时间，在火警控制器主机上设置了每个TO按钮延时3s触发。部分关键重要的TO按钮加装了塑料防护罩，从硬件和软件两个方面杜绝此类现象。

3）个别防火阀在DCS一层上的逻辑链接有误，多是在调试阶段逻辑变更没有形成正式文件造成的编码地址混用。此类现象较少，在第一个循环的防火分区试验已全部修改完成。

2.2 雨淋阀及熔断阀误动作

JDT系统控制的雨淋阀有7个，熔断阀有27个。阀门直接开启的信号流程为：火灾就地模拟盘TO按钮按下→模拟盘数据处理板→火灾报警主机柜→DCS一层→阀门，模拟盘因为自身可靠性问题易发阀门误动作事件。运行期间发生过模拟盘数据处理板故障使得TO按钮误触发从而导致柴油机厂房雨淋阀动作的事件。

模拟盘为非标准产品，未经过消防设备强制认证，可靠性低[4]。如果触发熔断阀动作，导致熔断阀的石英玻璃球喷头破坏，严重地会导致电气厂房电缆层水淹，如果柴油机厂房雨淋阀误喷，可能造成设备不可修复的损坏。将阀门直启的信号流程改为：火灾就地模拟盘TO按钮按下→DCS一层→阀门。去除模拟盘数据处理板环节，避免因为模拟盘自身可靠性问题引起阀门动作的隐患。更改动作方式可以降低非火灾情况下阀门动作的概率，从而保障机组稳定运行。

2.3 火警系统主机死机导致设备不可用

位于LX厂房的联动型火灾报警控制器（火警系统主机），能显示系统中所有火灾探测器、其他BOP厂房报警控制器的工作状态，也能发出指令控制排烟阀、风机等的动作，运行期间发生过几次主机死机现象。当火灾主机死机后，就地探测器及联动的报警控制器不受影响，但是如果有新的火灾信息产生，系统无法进行显示及判断，可能造成重大火灾事故。

经过反复试验与分析，火灾主机死机是由于同时显示的火警信息过多所造成。当有火警信息产生时，如果没有得到主控确认恢复的指令，主机会一直显示当前所有的信息。由于现场工作的需要，有些防火阀会临时关闭，部分探测器也会因为附近有打磨、钻孔、油漆作业等工作而误触发报警信号，这些信息都会保留在主机。当主控进行防火分区试验时，会同时动作好几个防火阀，同时触发报警信息，此时火灾主机最容易死机。

针对此现象，主控在做防火分区报警试验前，会先检查火灾主机的运行情况，删除不重要的信息，做好临时屏蔽，部分信号不需要送主控，减少主机同时需要处理的信息量。火灾主机加入日常巡检项目，及时发现问题，保证运行安全。

3 结束语

核电厂火灾探测报警系统在进行多方面的优化后，故障率明显有所降低，特别是柴油机雨淋阀的逻辑变更，大大降低了雨淋阀误动作的风险，极大提高了工作效率，使核电厂火灾系统安全、稳定地运行得到保证。