常规岛雨淋阀电磁阀电压低原因分析

闫云飞

(辽宁红沿河核电有限公司，辽宁 大连 116000)

0 引言

红沿河核电常规岛消防设计与岭东、阳江、宁德、防城港等基地类似，在APA泵、CEX泵及GHE密封油等重点防火区域设置水喷雾固定灭火系统，与火警系统设置联动，保证火灾初期火警探测器报警情况下联动启动固定灭火系统，及时扑灭火灾。

如因为设计因素导致固定灭火系统无法联动启动，火灾情况下只能通过火警干预人员就地手动启动灭火系统，不仅灭火系统启动时间会延迟，而且有人身伤害风险，不利于火灾初期扑救。

1 问题概述

1.1 常规岛雨淋阀电磁阀驱动电压低

2019年1月，红沿河核电站2号机执行常规岛雨淋阀联动试验，在触发常规岛内1/2/3号APA泵、CEX泵及GHE密封油区域火警探测器、联动报警声光报警器响起后，就地持续测量各区域雨淋阀电磁阀驱动电压最低值分别为8.2/8.3/8.8/9.6/9.6 V DC，均低于电磁阀额定工作电压24 V DC。实验室对电磁阀最低启动电压进行测试，测得电磁阀最低启动电压为11.1 V DC，因此判断2号常规岛雨淋阀联动试验期间电磁阀无法启动。

红沿河核电站通过中广核经验反馈系统将该问题反馈至集团其他核电站，最终发现宁德核电在第三方消防检测时常规岛也发现类似问题；阳江及防城港常规岛火警设计与红沿河基本相同，极有可能也存在类似问题。

1.2 雨淋阀拒动影响分析

如常规岛APA泵、CEX泵及GHE密封油区域发生火灾，起火区域不同类型火警探测器报警后触发相应区域雨淋阀电磁阀启动信号。如雨淋阀电磁阀驱动电压低于电磁阀启动电压，雨淋阀将无法联动启动，只能通过就地手动开启雨淋阀，消防喷淋最快启动方式失去，影响火灾初期干预速度，可能错过灭火最佳时机。

常规岛CEX泵和GHE密封油区域与GRV发电机氢气供应系统含氢设备及管道最近距离不足5 m，如火势蔓延至GRV系统且设备或管道内氢气未排空，将可能产生氢爆风险。

2 电磁阀驱动电压低原因分析

2.1 电磁阀动作原理介绍

红沿河常规岛采用泰科DV-5雨淋阀，雨淋阀电磁阀额定工作电压为24 V DC，正常情况下电磁阀处于关闭状态，如雨淋阀保护区域发生火灾，该区域内两种不同类型探测器报警，会触发电磁阀上游控制模块输出电压，电磁阀线圈吸合开启后，雨淋阀隔膜腔泄水，雨淋阀启动。

以红沿河1号机常规岛APA泵雨淋阀举例，雨淋阀联动启动逻辑如图1所示。

图1 APA泵雨淋阀联动启动原理

2.2 常规岛雨淋阀消防联动试验数据对比

红沿河核电一期4台机组商运后，分别在H104/H204/H302/H401大修期间执行过1/2/3/4号机常规岛JPH雨淋阀单体联动试验，试验期间测得各区域雨淋阀电磁阀驱动电压值见下表1所示。

表1 雨淋阀联动试验电磁阀驱动电压对比 V

其中1/3/4号机常规岛雨淋阀单体联动试验期间仅保留雨淋阀联动，其他火警联动功能被闭锁。

2号机常规岛雨淋阀试验期间保留了雨淋阀和声光报警器联动，其他火警联动功能被闭锁。

2.3 雨淋阀电磁阀电压低原因分析

由表1可见，声光报警器是否参与联动对雨淋阀电磁阀电压影响较大。现统计常规岛各类火警探测设备电缆参数值，具体数值见下表2所示。

表2 各类火警探测设备电流参数汇总

通过表2可以看出，防火阀工作电流最大，电磁阀工作电流次之，声光报警器工作电流第三，但每次试验期间最多仅动作15个防火阀，且供电10 s后自动停止供电；每次试验期间最多仅动作1个雨淋阀电磁阀；而61个声光报警器将同时启动，且持续供电。

从表1可知，执行1/3/4号机常规岛雨淋阀联动试验期间电磁阀驱动电压明显高于2号机常规岛雨淋阀联动试验电磁阀电压值。因此初步推断电磁阀电压过低可能与声光报警器报警后火警控制器供电电源带载设备增多、线路压降增大有关，下面通过理论计算进一步分析。

就地实测2号机常规岛火警控制器至各供电回路配电箱距离，消防控制电源电缆长度取近似值，通过计算公式估算电缆阻抗，计算公式如下：

其中：R——电阻，ρ——电阻率，L——电缆长度，S——电缆截面积，现场火警直流电缆采用铜芯导线，截面积为2.5 mm2，20 ℃铜的电阻率为1.75×10-8Ωm，各供电回路配电箱之间电缆阻抗值见表3。

表3 各配电箱之间电缆阻抗对应

通过2号机常规岛火警控制器供电电源回路接线方式及配电线路上下游关系，绘制2号常规岛火警控制器消防供电回路如图2所示。

图2 2号机常规岛火警控制器消防供电回路

2号机常规岛火警系统各控制回路下游负载数量如表4所示。

表4 2号机常规岛火警系统各回路下游负载数量

通过理论计算各配电箱之间电缆压降，进而求得各配电箱处消防电源电压理论值，计算过程先决条件如下。

(1) 将火警控制器消防供电电源取设计电压24 V DC，且不考虑消防电源输出阻抗压降影响。

(2) 假定测量消防供电回路和受控设备无短路、断路、接地、绝缘低等问题。

(3) 仅计算火警控制器至各回路配线箱之间电缆阻抗，配电箱下游设备电缆阻抗忽略。

(4) 火焰探测器静态电流和感温电缆静态电流取最大值。

各供电回路之间线路压降计算公式通过欧姆定律求得：

火警控制器消防电源输出电压按照设计电压24 V DC计算，逐级减去各供电回路之间线路压降，求得各供电回路配电箱处消防电源电压值，在声光启动前后各供电回路配电箱处消防电源电压对比值见表5所示。

表5 声光报警器启动前后各供电回路配电箱电压值 V

根据表5可以看出，声光报警器启动前，虽然各供电回路之间线路存在压降，但线路压降较小，各供电回路配电箱处电压值并未明显降低。

在声光报警器报警后，由于声光报警器数量较多且工作电流较大，进而导致流经供电线路上的总电流增大，在线路电阻不变情况下，线路压降将进一步加大，造成各供电回路配电箱处电压值逐渐降低。最终在本次雨淋阀联动试验的第二供电回路配电箱处电压值仅为8.38 V DC，与雨淋阀联动试验时测得的电磁阀驱动电压值基本吻合。

理论计算半数声光报警器响起后第二回路配电箱处电压为14.96 V DC，与采取的临时方案雨淋阀电磁阀驱动电压测量值也基本吻合。

因此可确定在工程设计初期，消防供电回路设计未充分考虑声光报警器响起后带载设备过多、线路压降过大问题，2号机常规岛火警控制器供电回路设计带载能力不足，进而导致声光报警器响起后雨淋阀电磁阀驱动电压远低于电磁阀工作电压。

3 火警控制器带载能力不足解决方案

3.1 临时管控方案制定

根据此前原因分析，常规岛雨淋阀电磁阀电压低根本原因为常规岛火警控制器消防供电电源设计带载能力不足，如想根本解决此问题，需要通过工程改造增加火警控制器直流电源，但工程改造周期较长，需要在改造完成前制定临时管控方案。

通过多专业讨论及现场试验，最终确定临时管控方案为将1/2/3/4号机常规岛声光报警器平分成两组，火警探测器报警情况下交替启动声光报警器，每组运行25 s，间隔5 s，避免声光报警器同时启动后火警控制器供电电源带载设备过多、线路压降过大。现场试验电磁阀驱动电压升至15～17 V DC，雨淋阀正常动作。

3.2 最终改造方案

3.2.1 改造前数据分析

由图2可知，其中第5回路和第8回路单独从火警控制器JDT101AL直流电源并联引出，与第1，2，3，4，6，7回路不存在上下游串联关系，且该两条回路上设备较少，经现场实际测量，不存在线路压降较大问题，在此不做分析。

根据1/2/3/4号机常规岛火警模块箱现场布置情况，在保证各控制回路防火阀、电磁阀等设备正常动作前提下，计算各控制回路所需最小需求电压值。根据计算结果可知，第1，2，3，4，6，7回路最小需求电压均高于目前消防电源供电电压24 V。咨询供应商得知，消防电源最大输出可调至27.9 V，即使将消防电源上调至最大输出，第1，2，3，4，7回路仍存在启动电压不足问题。

3.2.2 改造方案确定

据常规岛JDT系统回路压降计算结果， 1/2/3/4号机常规岛JDT系统第1，2，3，4，7回路压降超过电源最大输出电压范围，无法正常动作下游设备，需在1/2/3/4号机常规岛JDT系统第1，2，3，4，7回路新增一路消防电源，并将回路部分负载分别接至新增消防电源中，火警控制器新增消防电源如3图所示。

经过此次工程改造，第1，2，3，4，7回路理论计算最小需求电压见表6。

表6 常规岛火警各回路电压理论计算值 V

经过压降估算，改造后如将消防电源调至26 V DC可以满足回路电压需求，能有效解决1/2/3/4号机常规岛JDT系统第1，2，3，4，7回路火警24 V联动电源部分终端启动电压不足，无法正常动作下游设备问题。经对标外基地，宁德核电常规岛火警电源2JDT150AL长期处于27.4 V DC且对下游设备无影响的经验反馈，改造时将消防电源调整至26 V DC输出。

图3 常规岛火警控制器新增消防供电回路

2.2.3 电源设计

经计算分析，需将1/2/3/4号机常规岛JDT系统第1，2，3，4，7回路部分负载从原有回路断开，将断开的负载接入新增消防电源，火警控制器电源改造前后对比如图4所示。

图4 火警控制器电源改造前后对比

2.2.4 改造效果

红沿河已于2020年11月完成1/2/3/4号机消防电源改造工作，经再鉴定测试，在所有联动设备信号不隔离情况下，即使声光报警器全部同时响起，1/2/3/4号机常规岛雨淋阀电磁阀电压在21.8～23.6 V之间，均高于电磁阀额定工作电压85 %以上，雨淋阀可正常动作，改造后常规岛火警控制器控制回路启动电压提升效果明显。

4 结论

红沿河核电站常规岛雨淋阀电磁阀驱动电压低问题为中国广核集团群厂共性问题，根本原因为常规岛火警控制器消防供电电源设计带载能力不足。对其原因进行了原因分析，提出并实施了缺陷消除前的临时管控方案以及解决根本问题的改造方案。