核电厂火灾探测和报警系统预防性维修大纲优化

聂成平，胡建群，王 欣（中核核电运行管理有限公司， 浙江 海盐 314300）



核电厂火灾探测和报警系统预防性维修大纲优化

聂成平，胡建群，王 欣
（中核核电运行管理有限公司， 浙江 海盐 314300）

摘要：通过对预防性维修大纲编制和优化原则介绍，以核电厂火灾探测报警系统预防性维修大纲的优化为实例，说明了根据现场实际，遵循合理原则，采取合适方式对预防性维修大纲进行优化，提高关键设备可靠性，节约运行成本，达到保障核电厂安全稳定运行的目的。

关键词：预防性维修策略； 核电厂；报警系统；火灾探测

CLC number：TM623 Article character： A Article ID： 1674-1617（2016）01-083-06

美国INPO（Institute of Nuclear Power Operations）发布的AP-913（《Equipment Reliability Process Description》），将核电厂设备可靠性管理工作分为设备分级、监督、持续改进、缺陷维修、设计变更和寿期管理六大部分。而预防性维修（简称预维）及其优化工作则是持续改进工作的重要内容。预维大纲往往是在核电厂投运初期就编制完成，而核电厂设备的实际状态总是不断变化的；另外，内外部经验反馈、电厂经营政策变化（如机组大修周期延长、备件的国产化替代）等原因，会导致原预维大纲无法适应实际情况，必须针对性地对预维大纲进行优化调整。否则，不仅达不到通过预维工作防止设备失效的目的，甚至可能出现预定的预维工作无法执行从而影响机组大修工作的情况；另外，预维大纲优化能及时纠正预维大纲编制中的人因失误。所以，预维优化的成果在很大程度上决定了核电厂设备可靠性持续改进的效果。

预维优化在国外管理先进的核电厂已经有了多年的执行经验，但国内核电厂还处于探索起步阶段。如何借鉴国外的成功预维优化经验并加以应用和推广，对我国核电厂的安全、稳定和经济运行有着重要的作用。

1 预维优化的目标和方法

1.1 预防性维修的重要性

由于受到运行条件的限制，核电厂的设备从投运开始，就处于一个不断降质的过程，直至变为不合格。对于核电厂来说，核安全生死攸关，对核安全重要的设备不允许出现不合格，必须万无一失。另外，核电厂运行的经济效益对部分设备的可靠性也有严苛要求。而预维就是要对这种自然降质过程进行人为干预，阻止关键重要设备出现故障。

预防性维修是指为了防止或延缓S S C s （Structures， Systems， and Components 构筑物，系统和设备）发生故障的维修活动。其与缺陷维修的本质区别在于维修活动的实施对象是功能正常的设备。根据实施的方式不同，预维可以细分成周期性预维、预测性预维及策略性预维三种，预维优化主要针对周期性预维。

1.2 预防性维修优化的目标

预维内容包括针对设备的预维项目以及项目实施周期。预维项目包括诸如仪表的标定、设备易损部件的检查、更换等。而实施周期则是相邻的两次预维活动之间的时间间隔，所以预维优化的目标包括预维项目的增减和或实施周期的合理延长或缩短。

1.3 预防性维修大纲的编制和优化原则

核电厂设备众多，双机组动辄数万台。预维大纲的编制必须依据一定的原则，才能确保大纲的合理性。结合AP—913的推荐和国外核电厂的实施经验，将预维大纲的编制和优化原则总结如下：

1）依据设备的设计功能对核电厂安全、经济运行的重要性进行分级，依据分级结果，制定相应的预维策略。对核安全和经济性重要的设备安排周到的预维项目及相对较短的实施周期；而对于那些重要一般的设备则少安排甚至不安排预维工作。这样开展设备管理工作，才能既保证核电厂安全、经济性的运行，又能节省人力、物力和财力的投入，达到节约运行成本的目的。根据AP-913（第四版）推荐，可以将核电厂设备分为关键（Critical Component）、重要（Noncritical Component）和一般设备（Runto-Failure Component）三级；或进一步将关键设备（Critical Component）细分成非常关键（High Critical Component）和关键（Low Critical Component）两级从而形成四级分级。

2）考虑设备的运行环境是否存在差别。核电厂的系统和设备众多，同一类型设备的运行环境有时差别非常大。而设备的运行环境直接决定了其使用寿命。所以，对运行环境比较恶劣（如高温、高辐射、潮湿等）的关键重要设备，其预维策略相对于环境条件较好的同类设备，必须有所区别。通过有效的预维工作，消除恶劣环境对其使用寿命的影响，只有这样，才能保证那些运行在恶劣环境里的关键重要设备的可靠性。

3）考虑设备的运行强度差别。能动设备寿命与其运行强度（如转机设备的转动小时数，电气设备的启停次数等）密切相关。所以在制定设备预维大纲的时候，必须考虑设备运行强度差别。对于运行强度大的设备，应缩短其易损部件的检查或更换周期等。反之，对于运行强度比较小的设备，通过延长检查或更换周期，既保证了其可靠性，又能节约核电厂的运行成本。

4）根据设备的实际状态优化预维大纲。只有根据设备的实际状态进行预维策略的调整，才是有针对性和最有效的优化。设备的实际状态的获取渠道包括现场工作人员（尤其是维修人员）的反馈和设备修前状态数据（AS-FOUND）等。

5）跟随核电厂运营政策的改变调整预维大纲。有时核电厂的运营政策会有比较大的调整（如核电厂的大修周期改变、备件的国产化替代等），则设备的预维周期也必须进行相应的调整。

6）法规要求、内外部经验反馈、新的维修技术、设备变更改造、设备故障率的高低、是否出现降级趋势等也是预维优化的重要依据。

另外，也可参照设备R C A（R o o t Cause Analyze 根本原因分析）或利用RCM （Reliability Centered Maintenance 可靠性为中心的维修）结果对预维大纲进行优化。

总之，要避免电厂内同一类型的设备不区分其重要性、运行环境以及运行强度等因素的差异，简单的安排雷同的预维策略。并且还应根据设备的实际状态、核电厂运营策略、法规要求及新技术采用等情况，结合RCA、RCM应用成果等对预维大纲进行不断优化，以适应变化的情况，不断提高设备可靠性。

2 火灾探测报警系统预维优化

依据AP-913推荐的预维编制和优化原则，以秦三厂CANDU机组火灾探测和报警系统预维大纲为样本，对如何通过预维大纲的优化来提高设备可靠性并节约运行成本进行实例解析。

2.1 系统简介

秦三厂CANDU机组火灾探测和报警系统为从美国GRINNELL公司进口的全套设备。系统由九个控制盘，组成一个总线型的局域网。主要功能为火灾探测，并向主控室和现场提供报警，同时触发报警区域的通风系统连锁。在满足条件的情况下，电磁阀/电磁激发器（主控室烟烙烬系统）得电，向报警区域喷淋消防水或烟烙烬气体。

系统火灾探测器包括温度、烟雾和红外火焰探测器三种类型。其中温度探测器包括缆式、双金属温度开关和热电阻点式探测器三种；烟雾探测器则包括点式离子型、光电型和VESDA（Very Early Smoke Detector 极早期烟雾探测器）；而红外火焰探测器主要设置在有油品的厂房。现场设备还有三种功能模块（触点监测、驱动和继电器模块）和手动报警设备。其中触点监测模块负责各种开关（主要是消防水阀门上的压力开关）的状态监测，在开关闭合时向控制盘报警；驱动模块则负责驱动报警器和电磁阀；当电磁阀需要打开时，继电器模块和驱动模块一起为电磁阀提供24 V直流电源。

现场设备是由控制盘直接或通过模块间接寻址。控制盘通过周期性的寻址，确认设备状态（包括正常、报警和故障三种情况）。

2.2 大纲基本情况和不足

火灾探测和报警系统预维大纲，在2009年完成审批发布。期间由于系统的多次变更改造工作，经历过两次升版。主要不足之处如下：

1）未对系统设备进行分级，导致大纲内容繁杂。大纲中涉及的设备包括了电厂两个机组火灾探测报警系统的所有设备，没有依据设备的重要性进行分级管理，导致大纲过于冗长，部分项目的实用性不强，影响了大纲指导预维工作的权威性。

2）预维周期与国标的要求相冲突。大纲中，离子烟雾探测器安排了“清洁”项目，周期为12年，而GB 50166—2007要求离子感烟探测器在投用2年后，每3年进行一次清洗，所以应遵循国标要求将清洗周期改为3年。

3）运行和维修职责不清，部分项目重复。大纲中，离子烟雾探测器安排了“测试”项目，该项目与强制性运行规程98-91140-OM-730和98-91140-OM-715-B发生重复，故大纲中应删除该项目。

4）部分项目安排周期过短。极早期烟雾探测器VESDA（Very Early Smoke Detector）的“取样空气流量检查”周期为每周，维修人员检查后发现每周的取样空气流量根本没有明显变化，检查间隔安排过短，增加了维修人员不必要的工作量。

5）有的设备安排了不必要的预维工作。功能模块（包括触点监测模块、驱动模块和继电器模块）、声光报警器、报警铃和手动报警装置等设备安排了“清洁、检查外表，功能测试”项目，周期为12年。其中“测试”项目与强制性运行手册98-91140-OM-718重复，所以应在大纲中取消该项目。同时，依据设备分级导则，其分级为一般设备。根据设备管理规定，一般设备不应安排预维工作。

6）将大纲中包括了非预维项目。大纲规定每天进行烟烙烬系统气瓶压力检查，但该项目属于运行巡检职责范畴，不应列入预维修大纲中。

7）未充分考虑设备环境差异，制定的预维项目和周期不合理。光电式烟雾探测器A40/54/55/56/57安排了每12年进行清洁和测试项目。但是由于其位于高放射区域内，高放射性使这些探测器的寿命大大缩短。预维大纲没有考虑其运行环境比其他光电式烟雾探测器恶劣这一因素，导致预维策略根本不能满足这五个探测在一个大修周期内正常运行的目的。

8）预维周期未随核电厂运行政策调整。系统控制盘原来预维周期为18个月，与机组原大修周期同步。但后来机组大修周期已经延长为24个月，而大纲中没有进行相应调整。

大纲发现了诸多问题，与预维大纲的编写人员业务水平、核电厂设备管理、运行政策变化等因素相关。所以，核电厂应该建立预维大纲定期审查的有效机制，使大纲中的问题得到及时发现并纠正。

2.3 大纲优化策略

要对预维大纲进行优化，首先必须对系统所有设备分级，筛选出需要进行预维的设备。依照分级导则，将系统中的设备分级如下：

1）离子烟雾探测器由于GB50166—2007有定期清洗要求，属于法规国标等有监管要求的设备，分级为重要设备。

2）极早期烟雾探测器（VESDA）设备价格较高，其备件从国外购买的周期超过半年，且必须有预维工作才能使其正常运行。故分级为重要设备。

3）各种功能模块为一小块高度集成电路板，没有简单易行的有效的预维项目保证其可靠性；其备件价格比较低廉，所以没有预维的经济价值；在产品设计上其状态可由系统自动检测并有定期试验进行功能验证，不属于关键重要设备，所以分级为一般设备。

4）光电式器1A40/54/55/56/57高放射性区域，受高辐射影响，其使用寿命被大大缩短。由于其失效会导致重要区域的火灾纵深防御深度减少，所以这五个探测器分级为重要设备。

5）电磁阀/电磁激发器涉及消防水或烟烙烬自动/远程手动释放功能，其失效导致系统纵深防御深度减少，所以分级为重要设备。

6）控制盘负责系统设备的操作（如设备隔离等）和现场设备的监测，关系到整个系统可用性，其失效导致机组非计划进入LCO但不需降模式，分级为重要设备。

根据分级结果，对照预维大纲优化原则，对火灾探测和报警系统预维大纲进行梳理，可以得到如下改进成果（详细优化情况以及所采用的优化原则如表1所示）。

1）采用分级管理，预维设备数量可以由3 000多个减少到1 600个左右，削减幅度接近50%。

2）修正离子烟雾探测周期与国标要求相悖，按照国标的要求开展工作。

3）删除与运行强制实验重复的预维项目1 500多项。

4）采用维修人员反馈，将取样流量检查周期延长到每月。使VESDA的预维周期更加符合电厂实际情况。

5）删除一般设备不必要的预维项目4 000余项。

6）去除烟烙烬系统预维项目中属于运行巡检职责的项目。

7）修改中高放射区域探测器的预维策略，将其预维项目改成“更换”，将周期改成两年（与机组大修周期同步），保证其能在机组大修周期内可靠运行。

表1 火灾探测报警系统预防性维修大纲优化Table 1 Optimization of the preventive maintenance of fire detection and alarm system

续表

8）修订系统控制盘大修周期为24个月，使之与调整后的机组大修周期同步。

对大纲的优化分别采用了设备分级、国标要求、维修反馈、设备运行环境差别和电厂运行策略调整等编制和优化原则。

依据国外成熟的预维大纲编制和优化原则，对大纲进行梳理，去除不需预维的设备，剔除对设备可靠性起不到实质性提升作用的预维项目。突出诸如控制盘、烟烙烬系统等重要设备的预维。在系统的可靠性得到保障的同时，减少了大量预维工作，缩减了运行成本。同时也体现预维修大纲对预维工作的指导作用，使预维大纲指导预维工作的权威性得到维护。

3 结束语

国内核电厂预维大纲优化工作还处于起步阶段，通过火灾探测和报警系统预维大纲优化实例解析，是对核电厂预维大纲优化工作的一次有益的探索和尝试，取得了一定的收获和成果。

对核电厂设备预维大纲进行持续优化，根据实际情况对预维大纲实施“动态”的管理。不断提高关键重要设备的可靠性，节约运行成本，达到核电厂安全、稳定、经济运行的目的。

参考文献：

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［4］ 李葆文，徐保强. 规范化的设备维修管理-SOON［M］.北京：机械工业出版社， 2006.（LI Bao-wen，XU Bao-qiang. Standardized Management for Equipment Repair-SOON［M］. Beijing： Mechanical Industry Press， 2006.）

Strategy on Preventive Maintenance Optimization of Nuclear Power Plant Fire Detection and Alarm System

NIE Cheng-ping，HU Jian-qun，WANG Xin
（CNNP Nuclear Power Operations Management Co.， Ltd.， Haiyan of Zhejiang Prov. 314300，China）

Abstract：Through introduction of the development and optimization criteria of preventive maintenance program， taking the optimization of the preventive maintenance program of nuclear power plant fire detection and alarm system as an ensample， the paper illustrates that appropriate method is adopted for optimization of the preventive maintenance， according to the site practical condition， and following reasonable principle， the reliability of critical equipment is improved，the operation cost is reduced， and the safe and reliable operation of nuclear power plant is achievement.

Key words：strategy of preventive maintenance； NPP； alarm system；fine detection

中图分类号：TM623

文献标志码：A

文章编号：1674-1617（2016）01-0083-06

收稿日期：2015-12-06

作者简介：聂成平（1973—），男，湖南人，工程师，学士，主要从事核电厂可靠性管理等工作。