郭鑫
单位，中核检修有限公司福鼎分公司
省市，福建省福鼎市 邮编，355200
摘 要：在世界经济快速发展的时代背景下，我国的工业化进程加快，与此同时，对电能的需求量日益增加。在绿色发展观念的指导下，国内的火力发电慢慢失去原有的生机和活力，并被一系列的新能源发电项目所取代，其中，核电作为目前发展势头最猛，发展速度最快的新能源发电项目，有效缓解我国能源紧缺的问题，并为国家的经济发展提供更多且更足的动力。火灾报警探测器作为核电厂自动控制的重要组成部分，其类型和应用过程用存在的故障问题与核电厂的安全且高效运行有着密切的联系。因此，本文主要针对火灾报警探测器的类型和应用过程中存在的一系列问题进行详细讨论，希望能对核电厂相关工作人员给予一定的参考和帮助。
关键词：核电厂；火灾报警探测器；类型；故障、报警、自动控制
0 引言
随着科学技术的不断发展，我国在自动化科研领域取得了瞩目的成就。目前，自动化控制技术应用于各个行业，也为其带来了更好的发展，同时有效提高了各行业的控制水平，加快了国家的经济发展。核电站作为新能源发电的重点项目，因其地理位置和工作性质的特殊性，在工作的过程中极易发生危险，因此，在核电厂运行的过程中加入自动控制系统能有效提高电厂运行的安全性，同时提高电厂的经济效益。在这种背景下, 火灾报警探测器作为核电站自动控制系统的重要组成部分，其种类和参数都与核电站的安全运行密切相关，因此，提高对核电站火灾报警探测器的研究水平具有重要的意义。本文主要针对火灾报警探测器在核电厂中的应用展开讨论，对其工作原理和应用问题进行具体的分析。
1 工作原理分析
本文主要对核电厂中常用的五种火灾报警探测器展开描述，包括了、光电感烟探测器、本安防爆型感烟探测器、线型感烟探测器、差定温感温探测器及红外火焰探测器。这些火灾报警探测器都是利用现场光电变化或温度变化通过电信号传输到控制中心，从而帮助控制中心完成对火灾报警探测器监控及逻辑连锁。在以上五种火灾报警探测器中，光电感烟探测器主要利用感光电极处于激光照射下的电信号，当火灾烟雾遮蔽激光时，电极失电发出报警信号，本安防爆型感烟探测器是丁铎耳效应通过烟雾颗粒反射的光线对环境做出分析的光电探测器，用于易燃易爆环境下的探测器。线型感烟探测器(SOLAR)是利用反射的线性光电感烟探测器对警戒范围内某一线状窄条周围烟气参数响应的火灾探测器，即探测器光路上出现烟雾时，会使到达接收器的信号减弱当减光率达到预设阈值时探测器就会产生报警信号。差定温感温探测器是利用可寻址感温测速ATVA探测器，利用CTN型热敏电阻分析环境温度，具备感温测速功能（温度变化的分析）和热静力学功能（温度分析）。点型红外火焰探测器利用多红外传感技术（MIR）,使用三只具有窄带滤波的不同波长的红外传感器，其中一只传感器工作在反映火焰信息的中心波长，另外两只传感器监视环境中的其它红外辐射，结合火焰的闪烁特征通过微处理的运算分析，下面将具体对这五种火灾报警探测器进行分析。
1.1光电感烟探测器(DEF)
光电感烟探测器主要结构由探头、隔离卡、安装底座组成，在正常（无烟）状态下，光源发出的光通过透镜聚集成光束，照射到光敏元件上，并将其转换成电信号，使整个电路维持正常状态，不发生报警。随着环境中光源发出的光线受到烟粒子的散射吸收作用，使光的传播特性改变，光敏元件接收的光强明显减弱电路正常状态被破坏，发出报警信号传送至消防主机从而使得消防主机实现对现场环境的动态监控。
该探测器总体上来说，结构组成简单，安装过程较为方便，同时在后期的检修和维护过程中比较容易。此外，由于该种探测器安装及维护具有很好的可调性，因此可以大部分现场对火灾监视的要求，在核电厂中主要用于核岛厂房，例如RX\LX\PX\NX\DX等。
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1.2本安防爆型感烟探测器
本安防爆型感烟探测器由本安型探测器、齐纳安全栅、接口模块、MIV+隔离卡及每个构件之间的电缆连接。选用DEF生产VOEX本安防爆型感烟探测器，是一种光电感烟探测器，用于易燃易爆的气体环境的烟雾探测。本模块配接防爆型感烟探测器使用，MAY1探测器模块电路板根据DEFNETA协议与主机对话，并使用一条附属探测线路，此线路上最多可以容纳20个Y1系列的探测器。探测器模块电路板由24Vdc外部备用电源供电。为能够在易燃易爆环境中使用,VOEx探测器应安装在本安系统的输出上，当现场烟雾浓度超过设定的阈值时，探测器指示灯常亮，向控制区发生报警信号。
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1.3 线型光束感烟探测器
线型光束感烟探测器主要包括了线性探测器、光学部件、GEST-SOL卡和VISU-SOL卡及反射板。根据不同环境需求设置灵敏度等级1（最敏感）-5（最不敏感）级，因此这些设备能够在空间大位置高间距长的区域进行火灾探测。在工作的过程中，线型感烟探测器(SOLAR)是利用反射的线性光电感烟探测器对警戒范围内某一线状窄条周围烟气参数响应的火灾探测器，即探测器光路上出现烟雾时，会使到达接收器的信号减弱当减光率达到预设阈值时探测器就会产生报警信号。
现场可根据实际探测距离，房间安装高度，光束高度及监视宽度进行探测器光束强度的调整，光束从SOLAR出发，形成一个三角区，在区域内不得有障碍物，三角形的底边不得小于反射体的尺寸，将光束在反射器中产生的红点居中，从而换的对结构运动的最大容差。
光束感烟探测器可观察现场指示灯来判断探测器当前状态，因此在火灾探测过程能直观显示，所能探测的范围较为广泛，在核电厂中主要用于位置高间距长的区域，例如SEC泵上方、KX20米乏燃料水池上方等。
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1.4 差定温感温探测器
VTVA差定温感温探测器，抗干扰能力强，可进行软件编址，探测灵敏度可调，可驱动继电器底座，可驱动蜂鸣器底座，具有一个可编程控制输出节点，高强度的LED指示灯，热惯性非常小，对温度变化反应速度极快，差温和定温报警，内部有微处理器、模数转换器。利用CTN型热敏电阻分析环境温度，具备感温测速功能（温度变化的分析）和热静力学功能（温度分析）。静态温度=59℃±5℃，△T＞9℃/min，差定温感温探测器对警戒范围中某一点或某一线路周围温度变化时响应的火灾探测器，将温度转换为电信号以达到报警目的，在核电分布在LX/DX/RX/NX等厂房。
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1.5 红外火焰探测器
JTGB-HW-SL-D603点型红外火焰探测器是一种对烃类物质和含碳化合物燃烧时的红外辐射有高度敏感的火灾探测器，其探测灵敏度高、保护面积大、抗干扰能力强。该探测器具有防爆、防水、防尘和抗电磁干扰性能，适合于火灾初期烟、温扩散受影响的地下工程及大空间建筑的火灾探测。属于智能型火灾探测设备，运用了先进的多红外传感技术（MIR），使用三只具有窄带滤波的不同波长的红外传感器，其中一只传感器工作在反映火焰信息的中心波长，另外两只传感器监视环境中的气体红外辐射，探测器能够实现了对火焰信号的快速响应和准备识别，灵敏度现场可调，提供无源接点、标准电流输出和总接线口与火灾报警系统相连接。点型红外火焰探测器用于易燃、易爆及潮湿、粉尘污染等恶劣环境中的火灾探测。当在其有效探测范围内发生火灾并产生火焰，到达报警条件时，探测器将在30S内做出反应，向监控中心发出报警信息。点型红外火焰设备部件满足质保等级Q3的要求；属于1E级，即在地震中核地震后设备可保证其运行性。探测器可探测的火警满足平方反比定律：探测器距离增加一倍，那么只有1/4的辐射可能到达探测器。探测器可根据保护对象的位置左右转动±45°，上下转动±30°，探测器位置调节完毕后应将安装支架的固定螺栓拧紧。通过配接输入模块把红外火焰探测器的火警信号、故障信号接入火灾报警系统。
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2. 自动控制方式
消防系统自动控制是指火灾报警系统探知火灾后，无需人工干预，由系统后，无需人工干预，由系统内设置的逻辑关系自动采取消防行动的方式。宁德核电厂常规岛消防联动选取自动控制方式时遵循以下原则。
2.1.1 选取条件
(1) 限定条件的区域( 独立防火分区或防火单元)。
(2) 该区域设置多个探测器，且2 个及以上探测器报警足以证明火灾已经发生。
(3) 具有火灾报警系统可自动联动的灭火设备。
2.1.2 选取方式
(1) 仅包含单一类型探测器时，其自动方式由2 个或以上探测器报警信号叠加后触发。
(2) 包含不同类型探测器时，根据探测器功能将探测器分类，当2 种不同类型的探测器均发出报警信号后启动消防设施。
(3) 单个探测器或单一类型报警被认为预报警信号，仅发出火警信号，不联动消防设备。
2.2 半自动控制方式
1）半自动控制方式是指消防系统触发方式由火灾探测器报警加人工手报确认输出，即当任何探测器报警、且该防火区域内任何手动报警按钮按下即可
2）启动消防设施。红沿河核电厂常规岛消防联动选取半自动控制方式时遵循以下原则。
2.2.1 选取条件
(1) 限定条件的区域( 独立防火分区或防火单元)。
(2) 区域内设置手动报警按钮。
(3) 具有火灾报警系统可联动启动的灭火设备。
2.2.2 选取方式
(1) 区域内任何火灾探测器报警后，按下该区域内任何手动报警按钮，启动消防系统。
(2) 单个探测器被认为预报警信号，仅发出火警信号，不联动消防设备。
(3) 在实际设计过程中，半自动方式不独立使用，仅作为自动方式的补充。
3.常见的故障及解决方法
3.1 DEF感烟探测器：感烟探测器通常报警类型为故障报警信号、火警报警信号
1、首先看外观是否有进水痕迹(可以排除因潮湿环境引起探测器不可用）
2、检查探测器是否丢失或松动（检查探测器与底座接线端子是否接触完好）
3、测量是否有电压，如无电压检测线是否短路或接地（测量隔离卡进线出线电压，排除隔离卡本体故障）
4、检查探测器本体是否存在积灰的情况（对旧探测器清洗感烟室的灰尘，如果故障存在则需更换）
5、探测器可能出现地址码重复（用编码读取探测器地址，是否存在重码）
火警信号：检查探测环境是否出现粉尘颗粒，环境潮湿、被探测设备是否存在火情信号，逐一排除
3.2 SOLA红外光束感烟探测器常见报警类型通常报disorder，火警两种信号
故障类型：
①光束被遮挡黄色指示灯长亮（确认探测器与反射板之间是否存在遮挡物）
②光束过强或光束过弱（调整探测器与反射板之间的距离）
③探测器或反射板表面存在积灰黄色指示灯闪亮（对探测器光源发射器及反射板进行清灰）火警信号则检查现场环境是否烟雾、水雾（环境潮湿），确认异常排查后在主机进行复位操作
3.3红外火焰探测器报警类型分故障报警和火警报警两种信号
故障类型：
①线路开路报警（检查输入模块与探测器之间的终端电阻阻值是否正常）
②探测器本体损坏（检查探测器通电后指示灯状态及相关电压参数是否正常）
③输入模块故障报警（用专用编码器对模块读取状态是否正常及电压参数是否正常）
火警信号：检查环境是否出现火源及强光源，检查探测器本体或输入模块是否触发火警信号，逐一排查
4.4防爆感烟探测器常见报警类型分为故障报警信号、火警报警信号
故障类型：
①探测器本体故障（检查探测器各参数是否正常，若损坏需更换）
②探测器终端电阻异常（检查探测器与安全栅的终端电阻阻值是否正常）
③安全栅被击穿（检查安全栅的电压压差是否正常，若异常说明安全栅被击穿需更换）
4、输入模块故障（用专用编码器读取输入模块地址和状态并测量模块输出端电压参数）
5、线路异常（检查相关接线是否存在虚接短路）
火警信号：在安全的前提下检查环境是否存在真实火情信号，排查探测器是否真实触发或者误报
5.5差定温感温探测器常见报警类型分为故障报警信号、火警报警信号
故障类型：
①探测器disorder（排查探测器是否存在故障用专用编码器进行读取）
②检查探测器是否丢失或松动（检查探测器与底座接线端子是否接触完好）
③测量是否有电压，如无电压检测线是否短路或接地（测量隔离卡进线出线电压，排除隔离卡本体故障）
4、检查热敏电阻元件（可将探测器接入最小系统用温度变化进行测试查看相关报警变化）
5、探测器可能出现地址码重复（用编码读取探测器地址，是否存在重码）
火警信号：检查探测环境温度湿度，升温率，被探测设备是否存在火情信号，逐一排除
4.消防联动设计方案不同的消防联动设备有其各自的特性，不同设备联动控制方式及接入点也不尽相同，消防联动设计阶段应充分考虑这些特征。
宁德核电厂常规岛火灾报警采用美国诺帝菲尔报警系统，报警设备包含火警主机、探测器、控制模块、监视模块、接口模块等；消防联动设备则包含通风系统、消防水系统、非消防电源系统等。
由于核电厂内建筑物类型及规模也存在很大差异，因此不同区域的消防逻辑设计方案也存在一定差异。本文主要介绍常规岛典型建筑( 区域) 的消防联动设计方案，其他部分遵循行业一般要求。
4.1 总体设计方案
在总体设计阶段，根据功能将常规岛消防系统联动对象分为以下2 部分：消防扑救设施，包括消防水JPH/JPT 等灭火系统；消防控制设施，包括通风DVM/DWI 等系统，非消防电源、电梯以及火灾报警系统内设置的声光报警器等。当火灾发生时，根据火灾报警探测器报警规律，确定选取自动或半自动方式逻辑设计如下。
(1) 单个火灾报警探测器报警。此种情况下，不联动消防设施，仅启动声光报警器及迫降电梯，除此之外均按照半自动方式执行。按该方式设计时同时应考虑以下要求。
① 声光报警器在任意一个探测器或手动报警按钮报警后即发出声光报警信号。每个区域内的几个声光报警器的动作设置一定延时，依次发出声光报警信号，以保证电源供应可靠。
② 原电梯的联动信号与第1 个声光报警器联动信号同时送出，引导电梯迫降至0 m。
③ 火灾蔓延时( 探测器动作超过2 个，或在该区域内只有1 个探测器报警的情况下按下该厂房内的手动报警按钮)，为确认的火灾发生，系统判断火灾发生的区域，执行联动指令。联动指令的发出应遵循如下顺序：启动消防水喷淋设施信号→关闭火灾发生区域风机信号→关闭对应防火阀信号。
(2) 多个火灾报警探测器报警。此种情况下，火灾蔓延迅速，按照自动确认报警方式执行。按该方式设计时同时应考虑以下要求。
① 顺序：消防水喷淋设施及迫降电梯信号→关闭火灾发生区域风机的停机信号→关闭对应防火阀信号→发出声光报警器报警信号。
② 防火阀信号源应为风机停机信号反馈，以免风管承压。
③ 声光报警器信号应分区域依次发出，以免电源负荷过大。以上设计原则均考虑“zone”( 即“区域”，防火分区或防火小区) 特性，不在同一区域内的探测器报警认为是单一事件，手动报警按钮不受“zone”限制。
4.2 消防控制设施联动设计方案
4.2.1 联动区域划分
常规岛厂房内联动区域的划分目的是通过干预手段形成防火隔离，主要依据是该区域的耐火极限以及防火阀等设备的防御能力对形成防火空间的价值。宁德核电厂常规岛联动区域划分见表1。
4.2.2 设计方案概述
(1) 常规区域联动设计方案该区域主要包括常规岛主厂房内除双速风机区外的所有区域，通常设置1 种或多种探测器及手动报警按钮。当出现报警后，火灾自动报警系统发出火警指令，向新风机组、排烟风机、防火阀、排烟阀、非消防电源、电梯等发出火警指令，执行消防响应动作。其逻辑如下。
① 任何1 个探测器报警后均能够发出声光报警及迫降电梯信号。
② 当1 个探测器报警并人工按下1 个手动报警按钮或者2 个以上探测器同时报警时，切断该区域内非消防电源及发出风机停运或启动( 防排烟)信号，然后发出防火阀关闭信号。
③ 对于防爆感烟探测器，同一接口模块上连接的多个探测器视为1 个。
(2) 氢气探测器与双速风机联动逻辑
① 当常规岛20 m 蓄电池间设置的氢气探测器发出一级阈值报警时，仅在火警主机提醒氢气浓度高。
② 当氢气探测器发出1 个二级阈值报警后，启动声光报警器。
③ 当氢气探测器发出2 个及以上二级阈值报警后，向双速风机发出切换至高速运行模式指令。
4.3 消防灭火设施联动设计
4.3.1 重点区域识别
消防灭火设施往往覆盖特定区域或设备。在消防灭火设施联动方案设计时，首先按照消防灭火设施覆盖面特点划定重点联动区域，重点区域识别过
程应遵循如下原则。
(1) 按照探测器保护设备及消防系统保护设备划分联动区域。
(2) 区域内探测器应有2 种或以上类型，具备可自动识别火灾的功能。
(3) 区域内应具备可实现自动联动的消防灭火设施。
4.3.2 设计方案概述
(1) 变压器区域联动设计
变压器区域包括主变压器(A，B，C 3 相)、厂用变压器( 2 台)、备用变压器( 2 台)，每台变压器设计1 条感温电缆、2 个火焰探测器构成火灾探测系统，每台变压器设置1 套水喷雾消防系统，其自动消防系统逻辑设计方式为线型感温探测器与任一火焰探测器报警启动消防电磁阀，实现消防喷淋。同时，还遵循以下设计原则。
① 为保证消防联动的可靠性，在存在实体隔离的主变A/B/C 3 相发生报警后，仅启动相应位置的消防设施；没有实体隔离的备变、厂变发生报警后，其相邻的消防设施也同时动作。
② 雨淋阀上方设置的声光报警器与手动报警按钮上方设置的声光报警器功能相同，在厂房内有探测器报警时发出声光报警信号；主变、厂变区域探测器发出报警信号时，同样联动常规岛厂房内部的声光报警器报警。
(2) 润滑油间消防联动设计
润滑油间为防爆区域，该区域内应设置防爆型探测器。防爆探测器通过安全栅与接口模块相连后接入探测系统，因此以接口模块报警数量作为信号源。当接口模块报警数量达到2 个或以上时，发出电磁阀开阀信号；接口模块出现1 个报警时，仅发出声光报警信号。
(3) 润滑油传送间等区域消防联动设计润滑油传送间等区域以感温电缆作为探测方式，且由于环境、空间等限制不易设置其他探测方式，因此该类区域通常设置2 种不同阈值( 85 ℃和105 ℃) 的感温电缆。当85 ℃或105 ℃感温电缆中的1 个出现报警时，启动声光报警器；当85 ℃和105 ℃感温电缆同时出现报警时，发出消防联动信号。
(4) 电缆层消防联动设计
电缆层区域通常设置感烟火灾探测器和感温电缆2 种探测方式。由于防火小区面积较大，探测器数量较多，同时该区域消防系统喷淋设备为密特隆喷头，密特隆喷头动作后不能复归，且价格昂贵，因此该区域的消防联动逻辑需要准确定位。感温电缆呈线性布置，最长可达200 m，难以确定其报警具体位置；而感烟探测器在不考虑气流影响的情况下，理论上距离近者先报警，可认为是火灾发生位置。因此，可将感烟探测器所在位置与感温电缆画垂线，其垂足即可认为是起火点，此时启动距离起火点最近的2 列密特隆喷头。当火灾发生后，根据首个报警的感烟探测器报警位置和感温电缆报警，准确定位火灾位置后，启动相应消防喷淋设施。如出现火灾扩大情况( 多个探测器发生报警)，则重新按照以上方法启动消防设施。其逻辑如下:
① 单个感温电缆或单个感烟探测器报警，均发出声光报警信号。
② 该区域内感温电缆和感烟探测器均报警，系统逻辑需判断该感烟探测器与感温电缆交叉点位置，即最有可能的起火点位置，然后启动该起火点相邻的2 列密特隆喷头。
③ 如感温电缆与感烟探测器虽在同一时间区间内报警，但二者不在相同区域内，则认为二者是独立事件，不作为联动要素。
结束语
核电厂常规岛消防系统对安全有重要贡献，在核安全中有重要的地位。消防联动逻辑的准确性、标准化不仅能够保证系统自身功能的可靠性，而且能够促进运行、检修过程中的风险控制，降低人因失误，从而促进核安全。