核电站火警探测系统原理

王进峰

【摘 要】论文以某核电站为例，重点介绍了目前国内压水堆核电站火警探测系统原理。

【Abstract】Taking a nuclear power station in China as an example， this paper mainly introduces the working principle of the fire detection system of domestic PWR nuclear power station.

【关键词】核电站;火警;探测原理

【Keywords】 nuclear power station; fire alarm; detection principle

【中圖分类号】TM71                                           【文献标志码】A                                            【文章编号】1673-1069（2019）01-0166-02

1 火警探测系统的功能

在核电站各厂房内固定点上，探测器昼夜不停地进行24小时火警监控。一旦起火，在起火的最初阶段自动发出报警信号。在汽轮机厂房提供消防系统的状态显示。一旦探测器探测到火情而动作，便会在公共控制室的主控盘上发出声光报警信号。而且在许多厂房（如电气厂房，核辅助厂房、反应堆厂房）的楼面上，都装有地区模拟盘，上面有相应房间的编号以及探测器的布置位置。它能用红色发光二板管迅速显示出火源的精确位置，报警喇叭会同时发出号声。参见图1。

在核岛安装的探测器能快速准确地在主控盘上显示出火灾部位。在常规岛和全厂配套设施区域的探测器则只显示出一个较大范围的地址，即比核岛的粗略，某些常规岛和全厂配套设施区域设置有地区火灾报警盘，它们和主控盘连在一个电路上。报警信号一旦结束，所有探测器可不需作任何处置而再次恢复至工作状态。因发现火灾而首先动作的那个探测器的地址鉴别码会在主控盘中记忆储存起来，同时主控盘上对应该探测的警灯就会点亮。两台机组各设有一块主控盘，均在标高为19 m处的L711室。1号主控盘控制范围包括1号机组及两台机组的公用设施，2号主控盘只包括2号机组。主控盘由火灾部位鉴别单元、声光报警单元和控制键盘三部分组成。

每块主控盘均由系列A和系列B独立供电。探测器与主控盘间有检查电流流过，一旦该电流切断，在主控盘上就会出现报警信号，这时操作人员必须及时排除故障。可能的故障有供电事故、局部线路故障、探测器系统失灵、主控盘故障等。

一旦主供电线路发生故障，铅蓄电池可作为二级电源继续向主控盘供电36小时。蓄电池可用普通方法充电。一旦二级电源也出现故障，则一个应急小蓄电池还可以作为三级电源9V供电，并发出不间断的连续报警信号，表示一、二级电源均已出现故障。

2 探测器类型及原理

火警探测系统的关键元件是探测器，大亚湾核电站根据电站不同厂房及部位采用了感温、感烟、火焰等火灾探测报警器。可将火灾位置在就地显示装置上显示，同时将火灾信号传输到火警控制盘上，发出声、光报警，并提供火灾发生的位置。

2.1 离子烟雾探测器（感烟探头）

离子烟雾探测器，如右图所示。它能在出现烟雾后两分钟报警，所以又叫早期发现报警器。离子烟雾探测器由两片241Amα放射源构成的内、外电离室和场效应管以及可控硅等电子元件构成的固体开关组成。

①原理：当烟雾进入外电离室时，降低了它的电离作用，改变其中的电位，于是固体开关开启，发出报警信号。

②特点：灵敏度高，稳定性好，不受光线及热源影响，适用于早期火灾及阴燃火灾的报警，但由于灰尘沉积会引起电离室的高电阻下降引起误报，不适用于有尘埃和潮湿的场所。

③应用场所：作为基本探测系统广泛用于厂房、车间、办公室等室内场所。

2.2 温升探测器（感温探头）

火灾必然伴随温升，且温升率很高，可达5～20 ℃/分，只要存在高温升率或温度达到设定值时，都会引起该探测器动作报警。动作的时间和设定的温升率有关。温升探测器主要用于热惯性较高的区域。右图所示为D915型温升探测器。

①原理：利用热电阻探测环境空气温度值及其上升率，二者有一超标即动作，典型动作温度为58 ℃，动作温升速率5～20 ℃/分。

②特点：只敏感于温度及温升，对其他参数（烟、光）不敏感，很少误报。

③应用场所：适用于具有明显快速放热特征的火灾场所。如油系统、汽轮机发电机组轴承处，或作为恶劣环境下替代感烟探测器的补充手段，如焊接工作场所。

2.3 光学火焰探测器（火焰探头）

光学火焰探测器，如右图所示。它能在火焰初起30±3秒内根据红外辐射的原理作出报警反应。

①原理：利用光电池探测以5～25Hz频率变化的可见光及红外光，进行探测报警。

②特点：可靠性高，很少误报，但只能探测明火。

③应用场所：在重要保护的工作场所，以独立回路与感烟探头组成双回路探测系统，以提高准确性和可靠性，甚至可以启动灭火系统，如用于油罐室、主泵室及上充泵房等处。

2.4 光学烟雾探测器（感烟探头）

①原理：利用红外发光二极管能发出一束锥形的光脉冲，当部分烟雾进入探测器后，光脉冲就会被光阱捕捉而无法到达硅接受器，从而报警。

②特点：灵敏度高，适用于早期火灾报警及闷燃火灾报警。

③应用场所：同离子烟雾探测器。

2.5 室外红外火焰探测器（室外火焰探头）

室外火焰探测器，能探测碳氢化合物（木材、塑料、酒精、天然气等）的燃烧，它能探测燃烧火焰发出的专门的红外光波长，但对其他光源不敏感，故可用于有太阳光、紫外光、X光及γ射线的场合。

2.6 氢气探测器

氢气探测器，采用催化反应热法测量氢气浓度，用于防爆而非探测火灾，是JDT火警探测系统内的独立系统。12.5LEL%予警，25LEL %主警。

3 火警探测系统

3.1 热—气动探测报警自动喷淋消防系统

热—气动探测报警自动喷淋消防系统，由充满3～3.5 bar压缩空气的管网组成探测系统，管网沿具有潜在火灾危险的区域布置，并在各探测点设置用易熔保险片密封的孔板。火灾发生时，温度升高，使保险片熔化，从而引起管网内空气降压，当压力降至0.8 bar时，就发出报警，同时启动消防喷淋系统灭火。火灾后，再手动关闭隔离阀。系统的压缩空气由两台专用空气压缩机轮流提供，流量为2.4 L/s，功率为2.2 kW。

3.2 气动玻泡探测报警消防系统

气动玻泡探测报警消防系统与热—气动探测报警消防系统，除感温探头不同外，其余完全相同。气动玻泡消防系统的感温元件不是易熔合金保险片，而是感温玻璃泡，内装热胀性大的液体，受热后玻璃内液体膨胀产生的压力，导致玻泡爆破（动作温度：橙色泡57 ℃，红色泡68 ℃）使管路气压下降，发出报警，同时启动喷淋系统灭火。

3.3 线型感温探测报警自动喷淋系统

线型感温探测器，是由一种特殊绝缘电缆组成，沿电缆层中的每股电缆上方敷設。起火时，特殊绝缘熔化，引起短路。短路反映到控制盘上，从而报警并启动喷淋系统灭火。线型探测器的最大优点是将点状探测变为线状探测，实现了探测连续性并扩大了探测范围。主要适用于电缆消防系统。

3.4 石英小玻泡喷头自动探测喷淋系统

石英小玻泡喷头，是在喷淋头上装有石英小玻泡，玻泡内装易膨胀液体，平时喷头由石英小玻泡顶住封死。火灾发生时，当温度升到动作温度时，玻泡由液体膨胀产生的压力，导致玻泡爆破，水即从喷头喷出灭火。这种系统具有快速有效的灭火效果。主要用于电站变压器消防。