缆式线型感温火灾探测器在核电厂的应用

王 琦

（苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004）

缆式线型感温火灾探测器在核电厂的应用

王 琦

（苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004）

分析了造成核电厂电缆火灾的主要隐患，列举了常用火灾探测器的类型和性能；分析了2个核电厂缆式线型感温火灾探测器在电缆集中区域应用存在的问题；针对单根缆式线型感温火灾探测器可靠性低的缺点，介绍了采用双根同型电缆同路径敷设方案改造原有电气厂房消防系统的经验及其效果；就进一步提高核电厂缆式线型感温火灾探测器可靠性和应用范围，提出了期望和建议，以更好地保障核电站的安全运行。

核电站；缆式线型感温火灾探测器；火灾；探测；可靠性

0 前言

近年以来，我国核电站的发展势头十分迅猛，对核电站的安全水平要求也日益提高，新建电站及已经运营电站的电缆防火安全日益得到重视。核电厂电缆主要包括电力电缆、控制及测量电缆2类。电力电缆如果长期过载运行，发热就会加剧，过高的温升会引发电缆火灾。此外，因电缆施工质量不良或绝缘老化发生绝缘击穿，也可能引发火灾。当某一根或某一个桥架内出现火情时，如果电缆穿过的孔洞防火封堵不良，火势将沿着电缆线路在电缆层内开始蔓延，扩大到配电室、控制室及相关联区域；也可能在电缆起火的房间开始向外蔓延，造成巨大损失。

以下讨论核电厂电缆的主要火灾隐患，并介绍缆式线型感温火灾探测器在电缆集中区域的应用。

1 核电厂电缆的火灾隐患

1.1 电缆长期过载运行

电缆过载运行是电缆温升超限的最主要原因。由于核电站是人类设计建设的最复杂项目之一，存在下游设备在运行过程中负载耗能过大导致电缆超过设计安全要求，使温度升高的隐患。同时，核电站一般设计运营时间为40年，此间电缆可能会出现绝缘老化、性能降低或长时间过载，导致电缆过热，一旦发生明火并开始蔓延将引发火灾。

1.2 运行环境不良

核电厂在设计之初就考虑到了现场环境以及合理的电缆布局，可有效保证现场设备在合理环境下安全运行，但有时也会出现通风不畅、长期潮湿以及带腐蚀性的环境。长期在恶劣环境下运行的电缆，将加速老化，在寿命期内出现过热现象。常规感温点式探测器因为距离较远，难以全面探测到厂房各处的异常温度变化，而某些地方的早期火情又很难人为发现，给核电厂火灾安全埋下了很大的隐患。

2 常规火灾探测设备简介

2.1 缆式线型感温火灾探测器

缆式线型感温火灾探测器是响应某一连续线路周围温度参数的火灾探测器。它可将温度值信号或是温度单位时间内变化量信号转换为电信号，以达到探测火灾并输出报警信号的目的。

缆式线型感温火灾探测器与其他火灾探测器比较，具有灵敏度高、针对性强、维护量小、可防爆、可靠性高、稳定性好和抗干扰性强等优点，尤其适用于接触式安装和对环境恶劣或特殊危险场合的某些物品过热的火灾探测。

2.2 红外火焰探测器

红外火焰探测器具备探测红外线波长的功能，当出现明火时它才可以判断火灾信息，可以最大程度地减少因周围非火灾因素而引起的误动作。红外火焰探测器适用于无烟液体和气体火灾、产生明火以及产生爆燃的场所。

2.3 智能感温探测器

智能感温探测器实时采集现场温度信息，当被监视区域温度上升到一定值后，探测器根据接收到的温度数据，确认火灾发生。该探测器一般安装在天花板上，探测的是空间温度，并不针对某一设备或者某一局部区域。

2.4 光电感烟探测器

光电感烟探测器对有足够浓度的烟雾有反应，通过探测器内部光敏室将烟雾信号转变为电信号，判断所在区域的火灾。它可在火灾发生阴燃阶段判断出火灾信息，敏感度较高。其缺点在于易受到水汽和电磁等干扰，同时也无法在燃烧前温度上升阶段判断火灾。

各类火灾探测器对火灾信息的反应时间如图1。

图1 各类火灾探测器对火灾的反应时间

2.5 温度玻泡探测器

温度玻泡探测器作为火警探测系统（简称JDT）的探测设备，在核电厂较为常见。它是一种热敏释放元件，安装在内部充有一定压力的管道上。一旦玻泡探测器探测到被保护设备热辐射的温度达到设定值时，就自动爆炸，释放管道压力，进而联动开启该区域的消防干预设施。但由于其需要安装在固定的管道上，而这些管道与被监测设备存在一定的距离，所以无法直接接触被保护设备本体，热辐射效果被降低，监测的敏感程度大大下降，而且玻泡也不易安装。

3 缆式线型感温火灾探测器的工作原理

目前，线型感温火灾探测器主要有2类：光纤式和缆式。线型光纤感温火灾探测器由于具备探测有效长度长和可确定起火点等优势，在核电以外的市场较受欢迎。但因其安装方式（须沿动力电缆敷设）导致了其产品热敏感特性较缆式产品低，因此暂时还未在核电厂广泛使用。以下主要讨论非光纤式定温缆式线型感温火灾探测器。

核电现场应用的缆式线型感温火灾探测器主要由感温电缆、微机调制器和终端盒组成，如图2所示。感温电缆采用2芯缆式弹性钢丝组成，2根钢丝双绞在一起，外面包上一层包带和防护套；钢丝的外部有感温材料，芯线之间的阻抗随其周围温度的变化而产生反变化。

图2 缆式线型感温火灾探测器结构原理

微机调制器内设信号处理电路，其中包括信号采集、信号放大转换电路、显示电路、环境温度测试电路等。微机调制器与一定长度（一般超过2 m）的传感电缆和终端盒连接使用，微机调制器对传感电缆及温度进行连续的监视，对于异常情况造成的温度升高和断线、短路进行报警。

终端盒内主要的设备为一个终端电阻，该电阻与感温电缆串联在一起构成一个回路，以便微机调制器判断缆式线型感温火灾探测器有没有出现断路或者短路现象。

4 缆式线型感温火灾探测器的特点

（1） 灵敏度较高。由于它可以采用与被保护设备或危险部位接触式安装，而不像其他探测器那样一定要安装在顶棚上或一定的空间中，是目前火灾探测器中对被保护设备最早探测到火警或预警信息的探测设备。

（2） 针对性强。无论是智能感温探测器还是光电感烟探测器，一般判断的是某一房间是否发生火灾；如需灭火，也是对整个房间启动消防设备，进行无差别灭火。而一段缆式线型感温火灾探测器的保护对象是一个设备，一旦发生火灾，可启动该设备周边的专属消防灭火设施，不用对整个房间进行灭火，这样可以减少火灾后的修复工作。

（3） 维护量小。如在100 m的电缆隧道中的电缆桥架上安装1根或者2根缆式线型感温火灾探测器，只要将微机调制器和终端盒的两头连接好，中间加一些支架悬挂探测器即可。而在这一范围安装点式探测器则要10多只。智能感烟或感温探测器安装工作量较大，且需要经常维护（设备清洗），花费人工较多；而缆式线型感温火灾探测器的导体外有防护层，故不存在触点污损及清洗问题。同时，缆式线型感温火灾探测器具备可恢复性，一旦发生火灾，扑救及时，不需要对缆式线型感温火灾探测器进行更换即可继续使用。

（4） 属于本质安全型。由于它是塑料全封闭型，外护套可耐近万伏的击穿电压，在正常监视和报警动作时的电流均在几十毫安以下，工作电压直流24 V以下，传输信号在护套内进行不产生火花，因此按防爆标准衡量属于本质安全型。

（5） 可靠性、稳定性较好。微机调制器的安装不受距离限制，可以安装在缆式线型感温火灾探测器附近，也可以安装在其他房间，由控制电缆连接微机调制器和缆式线型感温火灾探测器，因此它较少受到现场其他设备的电磁干扰。同时，由于缆式线型感温火灾探测器动作温度定值是不可调整的，因而不受环境温度等影响（不动作温度满足安装场所最高环境温度的要求时）；加之其2芯线间电阻值的变化，经微机调制器转换为数字量变化，便于远距离传输；又由于感温电缆在结构上是双绞线工艺，分布电容小，信号可耐较强的电场干扰，因此缆式线型感温火灾探测器可靠性、稳定性较好。

（6） 环境适应性强。缆式线型感温火灾探测器的护套可以根据现场环境制造，一般来说均是密封耐水、耐较高温度（常规可在60 ℃以下工作），所以通用的缆式线型感温火灾探测器在高湿度或者室外都可应用，这是其他类探测器所不具备的。例如在大亚湾核电站核岛厂房（-6 m，高湿度）、汽轮机厂房（16 m，高温）以及岭澳二期核电站和广东核电集团后建电站的主变压器（室外紫外线较强，高盐度水汽、台风），均使用了缆式线型感温火灾探测器来探测火灾信息。

此外，对于腐蚀和震动较强的环境，可以制造与之相适应的探测器护套，该类环境下也只有缆式线型感温火灾探测器才可以应用。例如在红沿河、阳江及防城港等核电站的汽轮机厂房0 m部分设备也使用了缆式线型感温火灾探测器。

5 缆式线型感温火灾探测器在核电站的使用

缆式线型感温火灾探测器早在大亚湾核电站建设时期就已经被广泛使用，由英国KIDDE公司供货，实现了20年正常运行。随着核电运行管理对设备和日常维护工作日益严格的要求，越来越多的设备需要缆式线型感温火灾探测器的监测保护，以保证设备的安全、人的安全及核电运行的整体安全。越来越多的区域被要求装设自动模式的消防联动设施，即火灾探测设备一旦发出火警信号，现场就会自动启动喷淋（水、水雾或泡沫），及时灭火。

但如何有效地使用缆式线型感温火灾探测器，设计方和运营方一直存在较大的分歧。对于设计方来说，一根缆式线型感温火灾探测器对火灾信息是较为灵敏的，这符合安全管理的要求。而对于运营方来说，单独一根缆式线型感温火灾探测器，也可能会出现误报警，这在核电站就会被当做真正的火警来处理；大面积地使用该种方案，不仅会给整个电站带来很大的安全风险，还会造成人员精神疲劳。

因此又出现了另一种方案，即一根缆式线型感温火灾探测器和房间内的感烟探测器或红外火焰探测器组合使用，二者同时报火警信号时，再启动固定灭火设施（如水喷淋）。

5.1 大亚湾核电站早期火灾探测装置

大亚湾核电站在电气厂房电缆较为集中的区域，早期敷设了单根缆式线型感温火灾探测器，构成电气厂房消防系统（简称JPL），如图3，4所示。一旦某缆式线型感温火灾探测器检测到火警，则启动对应的喷淋阀动作，高压消防水喷出灭火。这种结构及动作逻辑可靠性较低，存在误报警导致误喷淋的风险。同时，该缆式线型感温火灾探测器是不可恢复的，也就是说，一旦确定是温度异常导致的喷淋，整根电缆就需要更换，增加了维护量。

图3 大亚湾核电站早期JPL架构

图4 大亚湾核电站早期JPL系统逻辑

5.2 岭澳二期核电站火灾探测装置

岭澳二期核电站建设时期，通过设计方和运营方的共同努力，在电缆较为集中的区域同时安装有缆式线型感温探测器和点式感烟探测器，2种类型火灾探测器同时发出火警信号时，才可以联动水喷淋，如图5所示。这样就降低了该区域灭火设施误启动的可能性；但由于点式感烟探测器的探测灵敏度低于缆式线型感温火灾探测器的灵敏度（见图1），存在火情出现后干预延迟的问题。

图5 岭澳核电站JPL系统逻辑

图6 大亚湾核电站JPL系统改造后的架构

5.3 大亚湾核电站火灾探测装置的改造

考虑到上述2种方案均有一定缺点，在大亚湾核电站JPL系统整体改造时，采用双根同型电缆同路径敷设方案，如图6所示。图6中最下面一排方框是接线箱，其下部所接的是2根同型同一路径敷设的缆式线型感温火灾探测器。

采用该方案后，任一根缆式线型感温火灾探测器出现火警信号，都会在主控有报警，但不启动水喷淋，如图7所示。由于2根电缆型号相同，同路径进行敷设，因此探测的火情一致，对温度敏感程度一致，因此在真实火警出现后，可同时探测到火警，触发水喷淋动作，及时灭火降温。

图7 大亚湾核电站JPL系统改造后逻辑

该方案有效地解决了1根缆式线型感温火灾探测器误报或遭受损伤时出现的误喷淋。由于2根电缆探测火灾的灵敏度一致，可对温度异常电缆及时启动水喷淋降温，有效防止火情升级。该方案已经在现场实施，设备成本并无较大上升，施工难度系数低，可有效保护现场设备并具备抗震性能。

6 双根缆式感温火灾探测器在变压器的应用

早期核电厂很多设备无法进行接触式探测，为了核电厂的安全运行，设计者们用温度玻泡探测器在这类设备或者空间内，布置了压力管道，一旦温度大范围异常，超过玻泡温度的限值即破裂泄压，压力变送器就发出火警信号，触发消防喷淋系统灭火。该类探测手段在大亚湾核电站曾挽救过主变区域的变压器，及时灭火，有效防止了火灾蔓延。但GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》等相关规范中未推荐玻泡设备的应用，故玻泡目前在核电厂应用越来越少。

在变压器火灾探测中，为了防止单根缆式线型感温探测器误报警，目前较多的意见是应用红外火焰探测器+缆式线型感温探测器同时探测到火警并断电后联动启动灭火喷淋（泡沫）系统。但红外火焰探测器的灵敏度是要在变压器爆炸之后出现明火才能发出报警联动灭火信号，此时再灭火为时已晚，结局将是变压器整个被烧毁，停机停堆，情况严重时火灾可能蔓延，造成损失难以承受。

为了克服红外火焰探测器灵敏度低、报警迟后以及单根缆式线型感温探测器误报警、可靠性低的缺点，在变压器火灾探测器中采用双根缆式线型感温火灾探测器方案是十分必要的。这符合上述设计规范中关于“需要火灾自动报警系统联动控制的消防设备，其联动触发信号应采用2个独立的报警触发装置报警信号的与逻辑组合”的规定。

7 结束语

在发电厂和变电所防火设计中必须贯彻“预防为主、防消结合”的工作方针，而在核电站的设计、改造中，应更加严格的要求，保证火灾探测设备在及时探测火灾的前提下，消除误报警、误动和拒动，这应是核电站防火在设计、使用中需要进一步解决的重大课题。

对于厂房内何种探测器适合应用，或不同类型探测器如何组合应用，经过多个项目累积经验后得出：在电缆集中区域、变压器区域、润滑油及燃油等区域，采用单根缆式线型感温火灾探测器、智能感烟探测器与缆式线型感温火灾探测器组合使用等方案都有一定的缺点。而经过现场改造实践，采用双根同类型、同温度、同路径敷设缆式线型感温探测器的方式兼具灵敏性和可靠性的优点，在核电站有较大的适应和推广的空间。

在地下高低压电缆管廊的火警监测更需要能够准确定位、适应性强的缆式线型感温火灾探测器，以实现可定位和抗干扰的火警全息监测。在核岛内，也需要对设备进行接触式定点监测，实现抗辐射、可定位和耐高温的火警全息监测。而这些均需要性能更高的缆式线型感温火灾探测器来实现。

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2015-09-22；

2016-04-14。

王 琦（1982-），男，工程师，主要从事核电站改造方面的工作，email：17925169@qq．com。