纜式線型感溫火災(zāi)探測器在核電廠的應(yīng)用

王 琦

（蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004）

纜式線型感溫火災(zāi)探測器在核電廠的應(yīng)用

王 琦

（蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004）

分析了造成核電廠電纜火災(zāi)的主要隱患，列舉了常用火災(zāi)探測器的類型和性能；分析了2個核電廠纜式線型感溫火災(zāi)探測器在電纜集中區(qū)域應(yīng)用存在的問題；針對單根纜式線型感溫火災(zāi)探測器可靠性低的缺點，介紹了采用雙根同型電纜同路徑敷設(shè)方案改造原有電氣廠房消防系統(tǒng)的經(jīng)驗及其效果；就進(jìn)一步提高核電廠纜式線型感溫火災(zāi)探測器可靠性和應(yīng)用范圍，提出了期望和建議，以更好地保障核電站的安全運(yùn)行。

核電站；纜式線型感溫火災(zāi)探測器；火災(zāi)；探測；可靠性

0 前言

近年以來，我國核電站的發(fā)展勢頭十分迅猛，對核電站的安全水平要求也日益提高，新建電站及已經(jīng)運(yùn)營電站的電纜防火安全日益得到重視。核電廠電纜主要包括電力電纜、控制及測量電纜2類。電力電纜如果長期過載運(yùn)行，發(fā)熱就會加劇，過高的溫升會引發(fā)電纜火災(zāi)。此外，因電纜施工質(zhì)量不良或絕緣老化發(fā)生絕緣擊穿，也可能引發(fā)火災(zāi)。當(dāng)某一根或某一個橋架內(nèi)出現(xiàn)火情時，如果電纜穿過的孔洞防火封堵不良，火勢將沿著電纜線路在電纜層內(nèi)開始蔓延，擴(kuò)大到配電室、控制室及相關(guān)聯(lián)區(qū)域；也可能在電纜起火的房間開始向外蔓延，造成巨大損失。

以下討論核電廠電纜的主要火災(zāi)隱患，并介紹纜式線型感溫火災(zāi)探測器在電纜集中區(qū)域的應(yīng)用。

1 核電廠電纜的火災(zāi)隱患

1.1 電纜長期過載運(yùn)行

電纜過載運(yùn)行是電纜溫升超限的最主要原因。由于核電站是人類設(shè)計建設(shè)的最復(fù)雜項目之一，存在下游設(shè)備在運(yùn)行過程中負(fù)載耗能過大導(dǎo)致電纜超過設(shè)計安全要求，使溫度升高的隱患。同時，核電站一般設(shè)計運(yùn)營時間為40年，此間電纜可能會出現(xiàn)絕緣老化、性能降低或長時間過載，導(dǎo)致電纜過熱，一旦發(fā)生明火并開始蔓延將引發(fā)火災(zāi)。

1.2 運(yùn)行環(huán)境不良

核電廠在設(shè)計之初就考慮到了現(xiàn)場環(huán)境以及合理的電纜布局，可有效保證現(xiàn)場設(shè)備在合理環(huán)境下安全運(yùn)行，但有時也會出現(xiàn)通風(fēng)不暢、長期潮濕以及帶腐蝕性的環(huán)境。長期在惡劣環(huán)境下運(yùn)行的電纜，將加速老化，在壽命期內(nèi)出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。常規(guī)感溫點式探測器因為距離較遠(yuǎn)，難以全面探測到廠房各處的異常溫度變化，而某些地方的早期火情又很難人為發(fā)現(xiàn)，給核電廠火災(zāi)安全埋下了很大的隱患。

2 常規(guī)火災(zāi)探測設(shè)備簡介

2.1 纜式線型感溫火災(zāi)探測器

纜式線型感溫火災(zāi)探測器是響應(yīng)某一連續(xù)線路周圍溫度參數(shù)的火災(zāi)探測器。它可將溫度值信號或是溫度單位時間內(nèi)變化量信號轉(zhuǎn)換為電信號，以達(dá)到探測火災(zāi)并輸出報警信號的目的。

纜式線型感溫火災(zāi)探測器與其他火災(zāi)探測器比較，具有靈敏度高、針對性強(qiáng)、維護(hù)量小、可防爆、可靠性高、穩(wěn)定性好和抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點，尤其適用于接觸式安裝和對環(huán)境惡劣或特殊危險場合的某些物品過熱的火災(zāi)探測。

2.2 紅外火焰探測器

紅外火焰探測器具備探測紅外線波長的功能，當(dāng)出現(xiàn)明火時它才可以判斷火災(zāi)信息，可以最大程度地減少因周圍非火災(zāi)因素而引起的誤動作。紅外火焰探測器適用于無煙液體和氣體火災(zāi)、產(chǎn)生明火以及產(chǎn)生爆燃的場所。

2.3 智能感溫探測器

智能感溫探測器實時采集現(xiàn)場溫度信息，當(dāng)被監(jiān)視區(qū)域溫度上升到一定值后，探測器根據(jù)接收到的溫度數(shù)據(jù)，確認(rèn)火災(zāi)發(fā)生。該探測器一般安裝在天花板上，探測的是空間溫度，并不針對某一設(shè)備或者某一局部區(qū)域。

2.4 光電感煙探測器

光電感煙探測器對有足夠濃度的煙霧有反應(yīng)，通過探測器內(nèi)部光敏室將煙霧信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，判斷所在區(qū)域的火災(zāi)。它可在火災(zāi)發(fā)生陰燃階段判斷出火災(zāi)信息，敏感度較高。其缺點在于易受到水汽和電磁等干擾，同時也無法在燃燒前溫度上升階段判斷火災(zāi)。

各類火災(zāi)探測器對火災(zāi)信息的反應(yīng)時間如圖1。

圖1 各類火災(zāi)探測器對火災(zāi)的反應(yīng)時間

2.5 溫度玻泡探測器

溫度玻泡探測器作為火警探測系統(tǒng)（簡稱JDT）的探測設(shè)備，在核電廠較為常見。它是一種熱敏釋放元件，安裝在內(nèi)部充有一定壓力的管道上。一旦玻泡探測器探測到被保護(hù)設(shè)備熱輻射的溫度達(dá)到設(shè)定值時，就自動爆炸，釋放管道壓力，進(jìn)而聯(lián)動開啟該區(qū)域的消防干預(yù)設(shè)施。但由于其需要安裝在固定的管道上，而這些管道與被監(jiān)測設(shè)備存在一定的距離，所以無法直接接觸被保護(hù)設(shè)備本體，熱輻射效果被降低，監(jiān)測的敏感程度大大下降，而且玻泡也不易安裝。

3 纜式線型感溫火災(zāi)探測器的工作原理

目前，線型感溫火災(zāi)探測器主要有2類：光纖式和纜式。線型光纖感溫火災(zāi)探測器由于具備探測有效長度長和可確定起火點等優(yōu)勢，在核電以外的市場較受歡迎。但因其安裝方式（須沿動力電纜敷設(shè)）導(dǎo)致了其產(chǎn)品熱敏感特性較纜式產(chǎn)品低，因此暫時還未在核電廠廣泛使用。以下主要討論非光纖式定溫纜式線型感溫火災(zāi)探測器。

核電現(xiàn)場應(yīng)用的纜式線型感溫火災(zāi)探測器主要由感溫電纜、微機(jī)調(diào)制器和終端盒組成，如圖2所示。感溫電纜采用2芯纜式彈性鋼絲組成，2根鋼絲雙絞在一起，外面包上一層包帶和防護(hù)套；鋼絲的外部有感溫材料，芯線之間的阻抗隨其周圍溫度的變化而產(chǎn)生反變化。

圖2 纜式線型感溫火災(zāi)探測器結(jié)構(gòu)原理

微機(jī)調(diào)制器內(nèi)設(shè)信號處理電路，其中包括信號采集、信號放大轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、環(huán)境溫度測試電路等。微機(jī)調(diào)制器與一定長度（一般超過2 m）的傳感電纜和終端盒連接使用，微機(jī)調(diào)制器對傳感電纜及溫度進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)視，對于異常情況造成的溫度升高和斷線、短路進(jìn)行報警。

終端盒內(nèi)主要的設(shè)備為一個終端電阻，該電阻與感溫電纜串聯(lián)在一起構(gòu)成一個回路，以便微機(jī)調(diào)制器判斷纜式線型感溫火災(zāi)探測器有沒有出現(xiàn)斷路或者短路現(xiàn)象。

4 纜式線型感溫火災(zāi)探測器的特點

（1） 靈敏度較高。由于它可以采用與被保護(hù)設(shè)備或危險部位接觸式安裝，而不像其他探測器那樣一定要安裝在頂棚上或一定的空間中，是目前火災(zāi)探測器中對被保護(hù)設(shè)備最早探測到火警或預(yù)警信息的探測設(shè)備。

（2） 針對性強(qiáng)。無論是智能感溫探測器還是光電感煙探測器，一般判斷的是某一房間是否發(fā)生火災(zāi)；如需滅火，也是對整個房間啟動消防設(shè)備，進(jìn)行無差別滅火。而一段纜式線型感溫火災(zāi)探測器的保護(hù)對象是一個設(shè)備，一旦發(fā)生火災(zāi)，可啟動該設(shè)備周邊的專屬消防滅火設(shè)施，不用對整個房間進(jìn)行滅火，這樣可以減少火災(zāi)后的修復(fù)工作。

（3） 維護(hù)量小。如在100 m的電纜隧道中的電纜橋架上安裝1根或者2根纜式線型感溫火災(zāi)探測器，只要將微機(jī)調(diào)制器和終端盒的兩頭連接好，中間加一些支架懸掛探測器即可。而在這一范圍安裝點式探測器則要10多只。智能感煙或感溫探測器安裝工作量較大，且需要經(jīng)常維護(hù)（設(shè)備清洗），花費人工較多；而纜式線型感溫火災(zāi)探測器的導(dǎo)體外有防護(hù)層，故不存在觸點污損及清洗問題。同時，纜式線型感溫火災(zāi)探測器具備可恢復(fù)性，一旦發(fā)生火災(zāi)，撲救及時，不需要對纜式線型感溫火災(zāi)探測器進(jìn)行更換即可繼續(xù)使用。

（4） 屬于本質(zhì)安全型。由于它是塑料全封閉型，外護(hù)套可耐近萬伏的擊穿電壓，在正常監(jiān)視和報警動作時的電流均在幾十毫安以下，工作電壓直流24 V以下，傳輸信號在護(hù)套內(nèi)進(jìn)行不產(chǎn)生火花，因此按防爆標(biāo)準(zhǔn)衡量屬于本質(zhì)安全型。

（5） 可靠性、穩(wěn)定性較好。微機(jī)調(diào)制器的安裝不受距離限制，可以安裝在纜式線型感溫火災(zāi)探測器附近，也可以安裝在其他房間，由控制電纜連接微機(jī)調(diào)制器和纜式線型感溫火災(zāi)探測器，因此它較少受到現(xiàn)場其他設(shè)備的電磁干擾。同時，由于纜式線型感溫火災(zāi)探測器動作溫度定值是不可調(diào)整的，因而不受環(huán)境溫度等影響（不動作溫度滿足安裝場所最高環(huán)境溫度的要求時）；加之其2芯線間電阻值的變化，經(jīng)微機(jī)調(diào)制器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量變化，便于遠(yuǎn)距離傳輸；又由于感溫電纜在結(jié)構(gòu)上是雙絞線工藝，分布電容小，信號可耐較強(qiáng)的電場干擾，因此纜式線型感溫火災(zāi)探測器可靠性、穩(wěn)定性較好。

（6） 環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。纜式線型感溫火災(zāi)探測器的護(hù)套可以根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境制造，一般來說均是密封耐水、耐較高溫度（常規(guī)可在60 ℃以下工作），所以通用的纜式線型感溫火災(zāi)探測器在高濕度或者室外都可應(yīng)用，這是其他類探測器所不具備的。例如在大亞灣核電站核島廠房（-6 m，高濕度）、汽輪機(jī)廠房（16 m，高溫）以及嶺澳二期核電站和廣東核電集團(tuán)后建電站的主變壓器（室外紫外線較強(qiáng)，高鹽度水汽、臺風(fēng)），均使用了纜式線型感溫火災(zāi)探測器來探測火災(zāi)信息。

此外，對于腐蝕和震動較強(qiáng)的環(huán)境，可以制造與之相適應(yīng)的探測器護(hù)套，該類環(huán)境下也只有纜式線型感溫火災(zāi)探測器才可以應(yīng)用。例如在紅沿河、陽江及防城港等核電站的汽輪機(jī)廠房0 m部分設(shè)備也使用了纜式線型感溫火災(zāi)探測器。

5 纜式線型感溫火災(zāi)探測器在核電站的使用

纜式線型感溫火災(zāi)探測器早在大亞灣核電站建設(shè)時期就已經(jīng)被廣泛使用，由英國KIDDE公司供貨，實現(xiàn)了20年正常運(yùn)行。隨著核電運(yùn)行管理對設(shè)備和日常維護(hù)工作日益嚴(yán)格的要求，越來越多的設(shè)備需要纜式線型感溫火災(zāi)探測器的監(jiān)測保護(hù)，以保證設(shè)備的安全、人的安全及核電運(yùn)行的整體安全。越來越多的區(qū)域被要求裝設(shè)自動模式的消防聯(lián)動設(shè)施，即火災(zāi)探測設(shè)備一旦發(fā)出火警信號，現(xiàn)場就會自動啟動噴淋（水、水霧或泡沫），及時滅火。

但如何有效地使用纜式線型感溫火災(zāi)探測器，設(shè)計方和運(yùn)營方一直存在較大的分歧。對于設(shè)計方來說，一根纜式線型感溫火災(zāi)探測器對火災(zāi)信息是較為靈敏的，這符合安全管理的要求。而對于運(yùn)營方來說，單獨一根纜式線型感溫火災(zāi)探測器，也可能會出現(xiàn)誤報警，這在核電站就會被當(dāng)做真正的火警來處理；大面積地使用該種方案，不僅會給整個電站帶來很大的安全風(fēng)險，還會造成人員精神疲勞。

因此又出現(xiàn)了另一種方案，即一根纜式線型感溫火災(zāi)探測器和房間內(nèi)的感煙探測器或紅外火焰探測器組合使用，二者同時報火警信號時，再啟動固定滅火設(shè)施（如水噴淋）。

5.1 大亞灣核電站早期火災(zāi)探測裝置

大亞灣核電站在電氣廠房電纜較為集中的區(qū)域，早期敷設(shè)了單根纜式線型感溫火災(zāi)探測器，構(gòu)成電氣廠房消防系統(tǒng)（簡稱JPL），如圖3，4所示。一旦某纜式線型感溫火災(zāi)探測器檢測到火警，則啟動對應(yīng)的噴淋閥動作，高壓消防水噴出滅火。這種結(jié)構(gòu)及動作邏輯可靠性較低，存在誤報警導(dǎo)致誤噴淋的風(fēng)險。同時，該纜式線型感溫火災(zāi)探測器是不可恢復(fù)的，也就是說，一旦確定是溫度異常導(dǎo)致的噴淋，整根電纜就需要更換，增加了維護(hù)量。

圖3 大亞灣核電站早期JPL架構(gòu)

圖4 大亞灣核電站早期JPL系統(tǒng)邏輯

5.2 嶺澳二期核電站火災(zāi)探測裝置

嶺澳二期核電站建設(shè)時期，通過設(shè)計方和運(yùn)營方的共同努力，在電纜較為集中的區(qū)域同時安裝有纜式線型感溫探測器和點式感煙探測器，2種類型火災(zāi)探測器同時發(fā)出火警信號時，才可以聯(lián)動水噴淋，如圖5所示。這樣就降低了該區(qū)域滅火設(shè)施誤啟動的可能性；但由于點式感煙探測器的探測靈敏度低于纜式線型感溫火災(zāi)探測器的靈敏度（見圖1），存在火情出現(xiàn)后干預(yù)延遲的問題。

圖5 嶺澳核電站JPL系統(tǒng)邏輯

圖6 大亞灣核電站JPL系統(tǒng)改造后的架構(gòu)

5.3 大亞灣核電站火災(zāi)探測裝置的改造

考慮到上述2種方案均有一定缺點，在大亞灣核電站JPL系統(tǒng)整體改造時，采用雙根同型電纜同路徑敷設(shè)方案，如圖6所示。圖6中最下面一排方框是接線箱，其下部所接的是2根同型同一路徑敷設(shè)的纜式線型感溫火災(zāi)探測器。

采用該方案后，任一根纜式線型感溫火災(zāi)探測器出現(xiàn)火警信號，都會在主控有報警，但不啟動水噴淋，如圖7所示。由于2根電纜型號相同，同路徑進(jìn)行敷設(shè)，因此探測的火情一致，對溫度敏感程度一致，因此在真實火警出現(xiàn)后，可同時探測到火警，觸發(fā)水噴淋動作，及時滅火降溫。

圖7 大亞灣核電站JPL系統(tǒng)改造后邏輯

該方案有效地解決了1根纜式線型感溫火災(zāi)探測器誤報或遭受損傷時出現(xiàn)的誤噴淋。由于2根電纜探測火災(zāi)的靈敏度一致，可對溫度異常電纜及時啟動水噴淋降溫，有效防止火情升級。該方案已經(jīng)在現(xiàn)場實施，設(shè)備成本并無較大上升，施工難度系數(shù)低，可有效保護(hù)現(xiàn)場設(shè)備并具備抗震性能。

6 雙根纜式感溫火災(zāi)探測器在變壓器的應(yīng)用

早期核電廠很多設(shè)備無法進(jìn)行接觸式探測，為了核電廠的安全運(yùn)行，設(shè)計者們用溫度玻泡探測器在這類設(shè)備或者空間內(nèi)，布置了壓力管道，一旦溫度大范圍異常，超過玻泡溫度的限值即破裂泄壓，壓力變送器就發(fā)出火警信號，觸發(fā)消防噴淋系統(tǒng)滅火。該類探測手段在大亞灣核電站曾挽救過主變區(qū)域的變壓器，及時滅火，有效防止了火災(zāi)蔓延。但GB 50116—2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范中未推薦玻泡設(shè)備的應(yīng)用，故玻泡目前在核電廠應(yīng)用越來越少。

在變壓器火災(zāi)探測中，為了防止單根纜式線型感溫探測器誤報警，目前較多的意見是應(yīng)用紅外火焰探測器+纜式線型感溫探測器同時探測到火警并斷電后聯(lián)動啟動滅火噴淋（泡沫）系統(tǒng)。但紅外火焰探測器的靈敏度是要在變壓器爆炸之后出現(xiàn)明火才能發(fā)出報警聯(lián)動滅火信號，此時再滅火為時已晚，結(jié)局將是變壓器整個被燒毀，停機(jī)停堆，情況嚴(yán)重時火災(zāi)可能蔓延，造成損失難以承受。

為了克服紅外火焰探測器靈敏度低、報警遲后以及單根纜式線型感溫探測器誤報警、可靠性低的缺點，在變壓器火災(zāi)探測器中采用雙根纜式線型感溫火災(zāi)探測器方案是十分必要的。這符合上述設(shè)計規(guī)范中關(guān)于“需要火災(zāi)自動報警系統(tǒng)聯(lián)動控制的消防設(shè)備，其聯(lián)動觸發(fā)信號應(yīng)采用2個獨立的報警觸發(fā)裝置報警信號的與邏輯組合”的規(guī)定。

7 結(jié)束語

在發(fā)電廠和變電所防火設(shè)計中必須貫徹“預(yù)防為主、防消結(jié)合”的工作方針，而在核電站的設(shè)計、改造中，應(yīng)更加嚴(yán)格的要求，保證火災(zāi)探測設(shè)備在及時探測火災(zāi)的前提下，消除誤報警、誤動和拒動，這應(yīng)是核電站防火在設(shè)計、使用中需要進(jìn)一步解決的重大課題。

對于廠房內(nèi)何種探測器適合應(yīng)用，或不同類型探測器如何組合應(yīng)用，經(jīng)過多個項目累積經(jīng)驗后得出：在電纜集中區(qū)域、變壓器區(qū)域、潤滑油及燃油等區(qū)域，采用單根纜式線型感溫火災(zāi)探測器、智能感煙探測器與纜式線型感溫火災(zāi)探測器組合使用等方案都有一定的缺點。而經(jīng)過現(xiàn)場改造實踐，采用雙根同類型、同溫度、同路徑敷設(shè)纜式線型感溫探測器的方式兼具靈敏性和可靠性的優(yōu)點，在核電站有較大的適應(yīng)和推廣的空間。

在地下高低壓電纜管廊的火警監(jiān)測更需要能夠準(zhǔn)確定位、適應(yīng)性強(qiáng)的纜式線型感溫火災(zāi)探測器，以實現(xiàn)可定位和抗干擾的火警全息監(jiān)測。在核島內(nèi)，也需要對設(shè)備進(jìn)行接觸式定點監(jiān)測，實現(xiàn)抗輻射、可定位和耐高溫的火警全息監(jiān)測。而這些均需要性能更高的纜式線型感溫火災(zāi)探測器來實現(xiàn)。

1 呂景蕓．淺談電纜廊道的消防工程設(shè)計［J］．湖北水力發(fā)電，2008，8（2）：60-62．

2 張 曉．火災(zāi)自動報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)在大型軋鋼廠的應(yīng)用［J］．消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2006，19（6）：13-16．

3 王春雷．淺談火災(zāi)報警探測器在火力發(fā)電廠工程中的應(yīng)用［J］．傳感器世界，2008，14（7）：30-32．

4 中華人民共和國國家質(zhì)量檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會．GB16280—2005線型感溫火災(zāi)探測器［S］．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005．

5 林 衡，吳振國，唐志堅．在線監(jiān)測技術(shù)在預(yù)防電力電纜火災(zāi)中的應(yīng)用［J］．電力安全技術(shù)，2011，13（10）：57-59．

2015-09-22；

2016-04-14。

王 琦（1982-），男，工程師，主要從事核電站改造方面的工作，email：17925169@qq．com。