方家山核電廠火災頻繁誤報警原因分析及策略

王 熙

(中核核電運行管理有限公司,浙江 海鹽 314300)

根據HAF 102—2016核動力廠設計安全規(guī)范中“5.1.5.4火災和爆炸”中的要求，“設計必須適當考慮內部危險，比如火災、爆炸、水淹、飛射物、結構坍塌和重物墜落、管道甩擊、噴射流沖擊，以及來自破損系統或現場其他設備的流體釋放。必須提供適當的預防和緩解措施，以保證安全不受到損害”。為滿足HAF 102要求，在核電廠初步設計中，將火災探測列入設計基準范疇。

近年來，隨著國家民用核事業(yè)的大規(guī)模發(fā)展及福島核事故負面影響的擴大，核電安全問題受到了更多的重視。在核動力廠中，核事故和火災事故成為最重要的安全問題之一，根據公安部消防局數據顯示，近年來，我國電氣火災多發(fā)，造成重大人員傷亡和財產損失。核電廠內電氣設備眾多，引發(fā)火災概率較大，如不能及時報警并聯動消防系統消滅火情，極有可能成為引發(fā)核事故的誘因。故火災自動報警系統系統(以下簡稱火災報警系統)是安全相關系統，其穩(wěn)定性與可靠性是關乎設備與系統安全的重要因素。

方家山機組“火災報警頻繁誤報警” 自投入運行以來，系統經常發(fā)生誤報，造成該區(qū)域內火警情況無法正常監(jiān)測，給機組運行帶來負面影響。其主要表現在：誤報警聯動消防設備，引起噴淋等閥門動作；造成運行人員作出錯誤判斷，使相關生產作業(yè)中斷，降低人員對火災報警系統的信任度；發(fā)生事故時，如探測器故障未報警，則可能引起一定的生產損失，對電廠安全與經濟效應造成不可預期的影響。自2015年1月被列入機組生產單元十大缺陷后，維修人員對火災探測的誤報警原因進行了一系列分析，對相關設備進行改造優(yōu)化。本文針對方家山機組火警頻繁誤報警的原因及應對措施作出了分析說明，為相關設計及生產部門未來的設計、調試、維護和管理提供了參考。

1 方家山機組火災報警缺陷分析

1.1 設計基準

方家山機組火災報警系統由在核島廠房各區(qū)域的火災探測器組成，同一探測區(qū)域可能使用幾種不同類型的火災探測器，各區(qū)域的探測器用電氣線路相互連接，當任意探測器觸發(fā)火災報警時，在對應機組的火警探測控制器上會出現聲光報警，并將報警信號以圖形信號和文字形式顯示在主控室CRT(操作員工作站)上，使運行人員及時獲取相關火災報警反饋信息，并根據相關信息及時作出相應的工作安排。

方家山機組火災報警系統最重要的就是9100火災報警控制器。JB-QB-9100/HD火災報警控制器(聯動型)是大屏幕網絡型火災報警控制器，控制器兼有聯動控制功能，可與其他產品配套使用，組成配置靈活的報警、聯動一體化控制系統。圖1是報警控制器的系統框圖，主要由嵌入式工控主機、接口板、回路板、 音響板、多線盤、通訊卡、打印機、電源等主要功能單元組成。

圖1 方家山火災報警系統圖Fig.1 The fire alarm system in Fangjiashan NPP

1.2 火災報警探測器類型

火災報警系統探測器能檢測出環(huán)境中與火災相關的信號(如煙霧、可燃氣體、火焰、溫度等)，并將監(jiān)測到信號通過數據處理判斷探測區(qū)域是否發(fā)生火情。根據探測類型的不同，方家山機組所用到的探測器也不同，有光電感煙探測器、感溫探測器、氫氣探測器、紅外火焰探測器，如圖2所示。

圖2 火災報警器分類圖Fig.2 Classification of fire alarms

1.3 2015年缺陷統計與分析及相關策略

由于火災報警系統設備種類較多，數量龐大，運行環(huán)境復雜，導致缺陷產生的原因不一。日常缺陷申報由運行部門日常巡檢及維修人員日常巡檢申報，維修人員經過現場處理后得出的具體問題總結數據，2015年缺陷共計233項，具體分類見圖3 。

圖3 故障分類圖Fig.3 Fault classification

由圖3可知：

1)其中：6%由環(huán)境引起報警通過變更提高探測器對環(huán)境的適應能力來減少；

2)13%屬于正常報警(信號反饋、狀態(tài)指示類)的13%需要與運行部門溝通，后續(xù)不作為缺陷申請；

3)3%調試尾項已經解決；

4)2%屬于火災報警系統部分屬于統計誤差。

對于除去上述四項，占比在76%的誤報警中由于探測器誤報警占55項，設備故障占123項，針對不同類型探測器故障類型、數量及原因分析如表1所示：

表1 探測器故障類型、數量及原因Table 1 Types,quantities and causes of detector failures

1.4 針對缺陷效果

綜上所述，維修人員對該年故障原因進行分析，并針對各類型缺陷制定了相應措施。

(1)模擬盤燈復位相關

1)對可能由于運行試驗引起的閥門、流量開關等動作后的保持反饋信號導致試驗模擬盤燈亮的運行試驗項目進行分析，確定需要增加試驗后對模擬盤燈亮進行復位的試驗規(guī)程清單；

2)對相關的運行試驗規(guī)程進行修改升版，增加試驗后儀控人員配合復位步驟；

3)運行考慮報警響應規(guī)程優(yōu)化，增加操縱員復位步驟。

(2)CRT反饋

CRT反饋信號相關的MX、JX、TD、TB、TC等廠房風機、閥門設備狀態(tài)信號核查與處理，優(yōu)化CRT軟件。

(3)吸氣式探測器

通過變更對BOP區(qū)域及LX、WX等廠房采用與R廠房同一型號的吸氣式探測器進行換型。

(4)現場條件對紅外對射探測的影響

1)廠家調研換型設備、與原系統的接口兼容性，現場實施的可行性，并編制紅外對射探測換型的可行性分析報告，提出相關變更；

2)維修與運行討論制定紅外對射探測區(qū)域工作管理要求。

(5)調試階段環(huán)境灰塵導致光電感煙探測器誤報高

1)單獨申請清洗工單，完成所有剩余光電感煙探測器首次清洗預防性維修工作；

2)拆分相關PM項目工單。

(6)鋼性感溫電纜導致接線松動

增加感溫電纜與調制解調器間的柔性連接。

(7)調制解調器

調研或者科研開發(fā)實施調制解調器換型。

(8)主機柜故障

1)協調廠家提供穩(wěn)定的應用軟件版本，統一版本型號；

2)UPS替換鉛酸蓄電池變更方案調研，提出變更申請。

(9)2W071房間蒸汽導致火災報警

1)運行分析、解決2W071房間漏蒸汽問題；

2)對2W071房間火災探測器換型進行可行性分析。

(10)模擬盤故障

1)整理走線，固定線槽;

2)按鈕、報警燈接線處虛焊檢查、重新焊接;

3)加工金屬固定裝置替換原塑料裝置固定電線。

2016年隨著火災2015年制定的各項計劃實施，與2015年相比各項對比如表2。

表2 2015、2016年故障數量對比

如表2中所示，2016年隨著探測器清洗等預防性維修的逐步推進，探測器誤報警、設備故障兩項分別減少35%左右，通過執(zhí)行運行管理程序，紅外對射誤報、模擬盤燈復位、CRT反饋三項大幅下降；吸氣式變更于2016年10月開始進行，效果未呈現，數量基本持平；原環(huán)境引起報警未再發(fā)生誤報，出現新誤報情況。

為進一步消除由于MX廠房行車移動引起的紅外對射探測器誤報警，維修人員與設計溝通，希望能通過變更形式完成探測器的更換及探測器位置的改變，在不改變環(huán)境條件的情況下，尋求更好的方案解決現有的行車移動引發(fā)的誤報警問題。

維修人員對誤報警進行分類，發(fā)現感溫電纜誤報警較多，占了17項，計劃對相關感溫電纜設備進行變更調研，以尋求更穩(wěn)定的感溫電纜類型取代現有探測器。

2 優(yōu)化改進

2.1 相關變更項目

針對環(huán)境引起的誤報警： 2015年年初對L707房間吸煙室探測器進行了變更，將原有探測器類型進行了更換，將原有感煙探測器更換為感溫探測器，換型后效果顯著，再無誤報警的情況發(fā)生。

針對CRT軟件存在的問題，已在101大修、201大修中對CRT軟件進行了升級變更，評估并取消了反饋信息送至CRT軟件，使軟件穩(wěn)定性能增強，操作員監(jiān)盤更加方便清晰。

吸氣式探測器故障率高：方家山機組102、202大修中對BOPLXWX等廠房的探測器進行了換型變更，使用了與RX廠房同一型號的吸氣式探測器。

機柜負荷大引起報警：對氫氣探測器控制柜增加壁掛式電源變更，將部分探頭分載至新增電源柜上，主機負荷不再過大，無誤報警情況再次發(fā)生。

MX廠房行車移動引起誤報：MX廠房紅外對射換型變更通過審查，采用具有LED雙波長煙霧探測，可過濾遮擋誤報、對CMOS成像技術擴大對準范圍、不受震動位移影響的OSID雙鑒式成像線性光束感煙探測器。

目前完成實施的變更及變更目的如表3。

表3 變更與變更目的

2.2 技術部分改進優(yōu)化

2015年統計之時，是方家山機組第一個循環(huán)周期，而探測器定期更換的周期有些為3年，調試期間廠房環(huán)境條件差，部分探測器吸入粉塵等顆粒物，引起了探測器誤報警。投入商運以來，廠房內環(huán)境逐漸好轉，經與技術部門協調溝通，決定將部分PM項周期進行調整，縮短預維周期，使探測器在短時間內進行一次全面更換。

對蓄電池出現故障的現象，由技術部門增加PM項目進行定期預維檢查，出現問題及時填寫QDR進行更換。

對于出現板卡故障的板卡，則將板卡發(fā)回廠家由廠家人員對其進行分析，并根據廠房人員分析結果制定相應的應對措施。

3 實施效果及創(chuàng)新點

由于火災報警系統缺陷成因復雜，不可能通過一兩項措施予以解決，經過兩年時間對系統狀態(tài)進行科學分析，找出各項問題的具體原因，有的放矢。2017年缺陷統計，由于兩年內有針對性的各項優(yōu)化措施與變更，一年的缺陷總數為62項，較2015年減少了72%，表4為2017年缺陷分類及分析。

表4 2017年缺陷分類及分析

火警報警系統由于運行環(huán)境、探測手段、制造工藝等因素，從技術的角度來看只能最大限度地抑制由電路原因、結構原因、甚至于EMI原因引起的誤報。實踐上仍無法完全解決誤報的問題。因此，根據實際情況科學設定系統可靠性指標具有重要的意義。

從方家山2018年火災報警系統缺陷數為70，缺陷數量較比2015年降低70%，較比2016年降低50%，較比2017年降低10%，整體效果良好，隨著后續(xù)變更改造持續(xù)推進以及預防性維修項目的深化，整體缺陷數量會在設備固有缺陷率的基礎上繼續(xù)優(yōu)化。

火災報警系統可靠性的提高，保證了機組的消防安全，當火災出現時可以第一時間相應，及時處理，避免損失擴大。

4 結論

火災報警系統缺陷數量較多的情況在各個電廠(福清、海南等)均存在，通過前期與其他電廠的對標、交流發(fā)現情況基本一致，均面臨缺陷產生的原因不一、消缺難度大的問題。

通過對標PM項目的設置以及執(zhí)行方式，最大程度上解決了由于環(huán)境因素引起的誤報警，節(jié)約了變更改造的資金，提高了效益。

方家山火警缺陷的處理方式以及應對策略，可以應用于其他電廠。目前，福清核電已實施吸氣式探測器以及紅紫外探測器的變更改造，并且完成變壓器區(qū)域的光纖探測器改造，方家山機組變壓器區(qū)域的光纖探測器改造也于2019年大修中實施完成，目前設備運行正常。