浅谈核电厂火灾探测器的选型优化应用

陈蒙蒙 王鲁宁 李树玲

【摘 要】本文主要以昌江核电站的使用经验为例，介绍核电厂火灾系统探测器使用过程的问题，讲解应对问题所做的选型优化和应用，作为设计初始选型及今后火灾探测器的变更改造提供参考。

【关键词】火灾探测器;误报;选型优化

1.引言

多年运行的实践表明，火灾是核电厂发生频率比较高的事件之一，如何进行火灾报警信号的准确探测对电厂安全生产以及保障核安全有着重要作用。从监测源头来看，探测器的可靠性一定程度上决定火灾探测系统的准确性，探测器选型不仅要考虑厂房可燃物火灾发展时期特点，还要结合不同地理环境的使用差异，充分考虑环境的复杂性和恶劣性。本文阐述了电厂传统火灾探测器的几个典型使用问题，并根据问题进行适宜的优化选型应用。

2.主变、厂变、辅变区域感温电缆老化和红外火焰探测器误报

由于电厂所处地域环境温度高、湿度大、阳光烈，主变压器等室外区域原设计选型使用的纜式线型感温电缆，出现表皮老化破损、频繁误报，相较于内陆其他电厂同型产品，使用寿命在大幅缩减。电厂只有在机组大修时才具备窗口进行更换，常规期间要承受火灾探测手段单一的压力，对机组安全来说是重大隐患，同时定期维护工作量大且投入成本高。同样位于该区域的室外红外火焰探测器为单波段红外式，昌江区域白天阳光照射强设备温度高，选用的单波段红外式火焰探测器无法消除热体辐射的干扰影响，导致频繁误报火警，影响探测准确性。

缆式感温电缆的老化降质问题，鉴于环境特点并结合经济效益，电厂对主变区域缆式感温电缆测温进行改造优化，经过选型调研，选用武汉理工光科的WUTOS-DTS系列分布式光纤测温产品。光纤测温基于拉曼散射原理，在同步控制单元的触发下，光发射机产生电流脉冲，驱动半导体激光器产生光脉冲。光脉冲经过光路耦合器后进入传感光纤。当激光在光纤中发生散射后，携带有温度信息的拉曼后向散射光将返回到光路耦合器中。耦合器将散射回来的不同于发射波长的anti-stokes 和stokes 光耦合至分光器。分光器滤出anti-stokes 和stokes 光，这两路光信号经过信号进一步处理，用于温度的计算。感温光纤长期可工作于-20 ℃～ 85℃的环境温度下，使用寿命达20年，同时可以观察具体光纤长度值对应的实时温度信息。通过改造实施后近18个月的使用观察，分布光纤测温产品工作稳定，无故障和误报，可靠性高。

对于该区域的火焰探测器，定位故障原因后，采用双波段红紫外火焰探测器替代单波段探测器，双波段识别度高，能有效解决热体辐射干扰产生的误报现象。

3.联合泵房线束式红外对射探测器滋扰报警

在使用过程中，出现线束式感烟探测器误报和故障，不能对烟雾进行有效探测和报警，通过原因排查发现产生原因为区域空间环境存在油雾和粉尘，容易引起干扰性报警，厂房震动、行车吊物行进途中存在遮挡对射路径的情况。对于传统的对射探测器，需要精确对准，在受到建筑物结构震动的影响时，造成对准偏移触发故障，清理对射面及对准调校耗费大量工时，增加了探测维护成本。

针对此问题，电厂优化选型双鉴式成像线型光束感烟探测器来替代传统对射探测器。双鉴式探测器是利用红外线和紫外线两种光波的波长不同来探测颗粒物。紫外线波长较短可对大小颗粒有效，而红外线波长较长，仅能对较大的颗粒有效。双波长损失测量使探测器提供持续的绝对烟雾浓度值，从而能排除灰尘颗粒或固态杂物的干扰。采用的COMS成像技术扩大了对准范围，提供了更宽广的视角对探测区域进行定位并捕捉图像，使得不受建筑物震动和位移的影响。同时发射端和接收端可一对多配置进行分层组网，可实现一个立体的保护空间，不再是传统的单一路径保护。

4.控制柜间与电缆层区域火灾探测的可靠性提升

控制间作为电厂数据运算处理中心，火灾探测设备必须具备高度可靠性，其分布有控制柜、网络柜、配电柜，电缆桥架敷设有大量电缆，当前探测手段为点式感烟探测结合空气采样探测的方式。点型感烟探测器被动地等待烟雾慢慢扩散至其附近，由于机柜设备安装在密闭的房间内，并通过空调系统维持房间运行所必需的环境，房间中空气的更换速度为每小时15至60次。在这样的房间环境下，燃烧所产生的烟雾一方面被空调气流稀释，很难达到常规的点型感烟探测器的报警阈值，另一方面由于空调气流的影响，空气在机房送风和回风口之间形成环流，会使烟雾根本无法达到点式感烟探测器。而现有的空气采样抽气管悬挂于厂房房间顶部区域，发生火灾阴燃时，烟雾颗粒聚集从起火点散出，但是当阴燃现象出现在控制柜内部，从机柜内部通过排气扇向外部散发受阻，无法第一时间抽取含烟雾颗粒的空气，不能实现极早期的探测。

优化的思路是采用顶部探测加柜内保护的方式进行探测改造。除分列在厂房空间区域的采样管外，在重要机柜内部采取直接机柜内采样，将采样管接入机柜内部空间。调研的VESDA系列产品，可以对采样管进行编址，达到对每个机柜进行编址探测，准确定位，并实现集中远程监控。

对于电缆层区域，传统通常采用接触式感温电缆进行探测，通过现场经验来看，大量感温电缆因施工原因翘起并未直接接触电缆，起不到有效接触，同时后期维护更换时面临安装空间受限的问题。鉴于此，采用空气采样探测方式进行电缆桥架空间保护，能避免传统感温电缆的施工和更换问题。后续维护中定期更换主机侧的滤芯，利用吹气接口反向对采样抽气管吹扫，能有效去除采样管中粉尘，维护工作操作上具有可实施性。

5.结束语

随着现代火灾探测技术的发展，越来越先进的探测手段将广泛应用于各行业，核电厂也在积极汲取其他行业先进使用经验，探测器的用户面临的问题原因情况不同，应定位问题进行具体分析，在找到根本原因的前提下再开展针对性设计或技术改造优化。

作者简介：

陈蒙蒙，工程师，设备管理处，现从事核电厂柴油发电机、DCS、火灾报警等系统的设备管理工作，chenmm01@cnnp.com.cn。

（作者单位：海南核电有限公司）