方家山核電廠火災(zāi)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(jù)HAF 102—2016核動力廠設(shè)計安全規(guī)范中“5.1.5.4火災(zāi)和爆炸”中的要求，“設(shè)計必須適當(dāng)考慮內(nèi)部危險，比如火災(zāi)、爆炸、水淹、飛射物、結(jié)構(gòu)坍塌和重物墜落、管道甩擊、噴射流沖擊，以及來自破損系統(tǒng)或現(xiàn)場其他設(shè)備的流體釋放。必須提供適當(dāng)?shù)念A(yù)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(shè)計中，將火災(zāi)探測列入設(shè)計基準(zhǔn)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(fù)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(zāi)事故成為最重要的安全問題之一，根據(jù)公安部消防局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，近年來，我國電氣火災(zāi)多發(fā)，造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。核電廠內(nèi)電氣設(shè)備眾多，引發(fā)火災(zāi)概率較大，如不能及時報警并聯(lián)動消防系統(tǒng)消滅火情，極有可能成為引發(fā)核事故的誘因。故火災(zāi)自動報警系統(tǒng)系統(tǒng)(以下簡稱火災(zāi)報警系統(tǒng))是安全相關(guān)系統(tǒng)，其穩(wěn)定性與可靠性是關(guān)乎設(shè)備與系統(tǒng)安全的重要因素。

方家山機組“火災(zāi)報警頻繁誤報警” 自投入運行以來，系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生誤報，造成該區(qū)域內(nèi)火警情況無法正常監(jiān)測，給機組運行帶來負(fù)面影響。其主要表現(xiàn)在：誤報警聯(lián)動消防設(shè)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(guān)生產(chǎn)作業(yè)中斷，降低人員對火災(zāi)報警系統(tǒng)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(chǎn)損失，對電廠安全與經(jīng)濟效應(yīng)造成不可預(yù)期的影響。自2015年1月被列入機組生產(chǎn)單元十大缺陷后，維修人員對火災(zāi)探測的誤報警原因進行了一系列分析，對相關(guān)設(shè)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(yīng)對措施作出了分析說明，為相關(guān)設(shè)計及生產(chǎn)部門未來的設(shè)計、調(diào)試、維護和管理提供了參考。

1 方家山機組火災(zāi)報警缺陷分析

1.1 設(shè)計基準(zhǔn)

方家山機組火災(zāi)報警系統(tǒng)由在核島廠房各區(qū)域的火災(zāi)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(zāi)探測器，各區(qū)域的探測器用電氣線路相互連接，當(dāng)任意探測器觸發(fā)火災(zāi)報警時，在對應(yīng)機組的火警探測控制器上會出現(xiàn)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(guān)火災(zāi)報警反饋信息，并根據(jù)相關(guān)信息及時作出相應(yīng)的工作安排。

方家山機組火災(zāi)報警系統(tǒng)最重要的就是9100火災(zāi)報警控制器。JB-QB-9100/HD火災(zāi)報警控制器(聯(lián)動型)是大屏幕網(wǎng)絡(luò)型火災(zāi)報警控制器，控制器兼有聯(lián)動控制功能，可與其他產(chǎn)品配套使用，組成配置靈活的報警、聯(lián)動一體化控制系統(tǒng)。圖1是報警控制器的系統(tǒng)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(zāi)報警系統(tǒng)圖Fig.1 The fire alarm system in Fangjiashan NPP

1.2 火災(zāi)報警探測器類型

火災(zāi)報警系統(tǒng)探測器能檢測出環(huán)境中與火災(zāi)相關(guān)的信號(如煙霧、可燃?xì)怏w、火焰、溫度等)，并將監(jiān)測到信號通過數(shù)據(jù)處理判斷探測區(qū)域是否發(fā)生火情。根據(jù)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(zāi)報警器分類圖Fig.2 Classification of fire alarms

1.3 2015年缺陷統(tǒng)計與分析及相關(guān)策略

由于火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)備種類較多，數(shù)量龐大，運行環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致缺陷產(chǎn)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(jīng)過現(xiàn)場處理后得出的具體問題總結(jié)數(shù)據(jù)，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(yīng)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(diào)試尾項已經(jīng)解決；

4)2%屬于火災(zāi)報警系統(tǒng)部分屬于統(tǒng)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(shè)備故障占123項，針對不同類型探測器故障類型、數(shù)量及原因分析如表1所示：

表1 探測器故障類型、數(shù)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(yīng)措施。

(1)模擬盤燈復(fù)位相關(guān)

1)對可能由于運行試驗引起的閥門、流量開關(guān)等動作后的保持反饋信號導(dǎo)致試驗?zāi)M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(fù)位的試驗規(guī)程清單；

2)對相關(guān)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(fù)位步驟；

3)運行考慮報警響應(yīng)規(guī)程優(yōu)化，增加操縱員復(fù)位步驟。

(2)CRT反饋

CRT反饋信號相關(guān)的MX、JX、TD、TB、TC等廠房風(fēng)機、閥門設(shè)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(xiàn)場條件對紅外對射探測的影響

1)廠家調(diào)研換型設(shè)備、與原系統(tǒng)的接口兼容性，現(xiàn)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(guān)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(diào)試階段環(huán)境灰塵導(dǎo)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(yù)防性維修工作；

2)拆分相關(guān)PM項目工單。

(6)鋼性感溫電纜導(dǎo)致接線松動

增加感溫電纜與調(diào)制解調(diào)器間的柔性連接。

(7)調(diào)制解調(diào)器

調(diào)研或者科研開發(fā)實施調(diào)制解調(diào)器換型。

(8)主機柜故障

1)協(xié)調(diào)廠家提供穩(wěn)定的應(yīng)用軟件版本，統(tǒng)一版本型號；

2)UPS替換鉛酸蓄電池變更方案調(diào)研，提出變更申請。

(9)2W071房間蒸汽導(dǎo)致火災(zāi)報警

1)運行分析、解決2W071房間漏蒸汽問題；

2)對2W071房間火災(zāi)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(zāi)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(shù)量對比

如表2中所示，2016年隨著探測器清洗等預(yù)防性維修的逐步推進，探測器誤報警、設(shè)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(fù)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(xiàn)，數(shù)量基本持平；原環(huán)境引起報警未再發(fā)生誤報，出現(xiàn)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(shè)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(xiàn)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(xiàn)感溫電纜誤報警較多，占了17項，計劃對相關(guān)感溫電纜設(shè)備進行變更調(diào)研，以尋求更穩(wěn)定的感溫電纜類型取代現(xiàn)有探測器。

2 優(yōu)化改進

2.1 相關(guān)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(fù)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(fù)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(shù)擴大對準(zhǔn)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(shù)部分改進優(yōu)化

2015年統(tǒng)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(diào)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(nèi)環(huán)境逐漸好轉(zhuǎn)，經(jīng)與技術(shù)部門協(xié)調(diào)溝通，決定將部分PM項周期進行調(diào)整，縮短預(yù)維周期，使探測器在短時間內(nèi)進行一次全面更換。

對蓄電池出現(xiàn)故障的現(xiàn)象，由技術(shù)部門增加PM項目進行定期預(yù)維檢查，出現(xiàn)問題及時填寫QDR進行更換。

對于出現(xiàn)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(jù)廠房人員分析結(jié)果制定相應(yīng)的應(yīng)對措施。

3 實施效果及創(chuàng)新點

由于火災(zāi)報警系統(tǒng)缺陷成因復(fù)雜，不可能通過一兩項措施予以解決，經(jīng)過兩年時間對系統(tǒng)狀態(tài)進行科學(xué)分析，找出各項問題的具體原因，有的放矢。2017年缺陷統(tǒng)計，由于兩年內(nèi)有針對性的各項優(yōu)化措施與變更，一年的缺陷總數(shù)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(tǒng)由于運行環(huán)境、探測手段、制造工藝等因素，從技術(shù)的角度來看只能最大限度地抑制由電路原因、結(jié)構(gòu)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(jù)實際情況科學(xué)設(shè)定系統(tǒng)可靠性指標(biāo)具有重要的意義。

從方家山2018年火災(zāi)報警系統(tǒng)缺陷數(shù)為70，缺陷數(shù)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(yù)防性維修項目的深化，整體缺陷數(shù)量會在設(shè)備固有缺陷率的基礎(chǔ)上繼續(xù)優(yōu)化。

火災(zāi)報警系統(tǒng)可靠性的提高，保證了機組的消防安全，當(dāng)火災(zāi)出現(xiàn)時可以第一時間相應(yīng)，及時處理，避免損失擴大。

4 結(jié)論

火災(zāi)報警系統(tǒng)缺陷數(shù)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(biāo)、交流發(fā)現(xiàn)情況基本一致，均面臨缺陷產(chǎn)生的原因不一、消缺難度大的問題。

通過對標(biāo)PM項目的設(shè)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(yīng)對策略，可以應(yīng)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(shè)備運行正常。