常規(guī)島雨淋閥電磁閥電壓低原因分析

閆云飛

(遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116000)

0 引言

紅沿河核電常規(guī)島消防設(shè)計與嶺東、陽江、寧德、防城港等基地類似，在APA泵、CEX泵及GHE密封油等重點防火區(qū)域設(shè)置水噴霧固定滅火系統(tǒng)，與火警系統(tǒng)設(shè)置聯(lián)動，保證火災(zāi)初期火警探測器報警情況下聯(lián)動啟動固定滅火系統(tǒng)，及時撲滅火災(zāi)。

如因為設(shè)計因素導(dǎo)致固定滅火系統(tǒng)無法聯(lián)動啟動，火災(zāi)情況下只能通過火警干預(yù)人員就地手動啟動滅火系統(tǒng)，不僅滅火系統(tǒng)啟動時間會延遲，而且有人身傷害風(fēng)險，不利于火災(zāi)初期撲救。

1 問題概述

1.1 常規(guī)島雨淋閥電磁閥驅(qū)動電壓低

2019年1月，紅沿河核電站2號機執(zhí)行常規(guī)島雨淋閥聯(lián)動試驗，在觸發(fā)常規(guī)島內(nèi)1/2/3號APA泵、CEX泵及GHE密封油區(qū)域火警探測器、聯(lián)動報警聲光報警器響起后，就地持續(xù)測量各區(qū)域雨淋閥電磁閥驅(qū)動電壓最低值分別為8.2/8.3/8.8/9.6/9.6 V DC，均低于電磁閥額定工作電壓24 V DC。實驗室對電磁閥最低啟動電壓進(jìn)行測試，測得電磁閥最低啟動電壓為11.1 V DC，因此判斷2號常規(guī)島雨淋閥聯(lián)動試驗期間電磁閥無法啟動。

紅沿河核電站通過中廣核經(jīng)驗反饋系統(tǒng)將該問題反饋至集團其他核電站，最終發(fā)現(xiàn)寧德核電在第三方消防檢測時常規(guī)島也發(fā)現(xiàn)類似問題；陽江及防城港常規(guī)島火警設(shè)計與紅沿河基本相同，極有可能也存在類似問題。

1.2 雨淋閥拒動影響分析

如常規(guī)島APA泵、CEX泵及GHE密封油區(qū)域發(fā)生火災(zāi)，起火區(qū)域不同類型火警探測器報警后觸發(fā)相應(yīng)區(qū)域雨淋閥電磁閥啟動信號。如雨淋閥電磁閥驅(qū)動電壓低于電磁閥啟動電壓，雨淋閥將無法聯(lián)動啟動，只能通過就地手動開啟雨淋閥，消防噴淋最快啟動方式失去，影響火災(zāi)初期干預(yù)速度，可能錯過滅火最佳時機。

常規(guī)島CEX泵和GHE密封油區(qū)域與GRV發(fā)電機氫氣供應(yīng)系統(tǒng)含氫設(shè)備及管道最近距離不足5 m，如火勢蔓延至GRV系統(tǒng)且設(shè)備或管道內(nèi)氫氣未排空，將可能產(chǎn)生氫爆風(fēng)險。

2 電磁閥驅(qū)動電壓低原因分析

2.1 電磁閥動作原理介紹

紅沿河常規(guī)島采用泰科DV-5雨淋閥，雨淋閥電磁閥額定工作電壓為24 V DC，正常情況下電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，如雨淋閥保護(hù)區(qū)域發(fā)生火災(zāi)，該區(qū)域內(nèi)兩種不同類型探測器報警，會觸發(fā)電磁閥上游控制模塊輸出電壓，電磁閥線圈吸合開啟后，雨淋閥隔膜腔泄水，雨淋閥啟動。

以紅沿河1號機常規(guī)島APA泵雨淋閥舉例，雨淋閥聯(lián)動啟動邏輯如圖1所示。

圖1 APA泵雨淋閥聯(lián)動啟動原理

2.2 常規(guī)島雨淋閥消防聯(lián)動試驗數(shù)據(jù)對比

紅沿河核電一期4臺機組商運后，分別在H104/H204/H302/H401大修期間執(zhí)行過1/2/3/4號機常規(guī)島JPH雨淋閥單體聯(lián)動試驗，試驗期間測得各區(qū)域雨淋閥電磁閥驅(qū)動電壓值見下表1所示。

表1 雨淋閥聯(lián)動試驗電磁閥驅(qū)動電壓對比 V

其中1/3/4號機常規(guī)島雨淋閥單體聯(lián)動試驗期間僅保留雨淋閥聯(lián)動，其他火警聯(lián)動功能被閉鎖。

2號機常規(guī)島雨淋閥試驗期間保留了雨淋閥和聲光報警器聯(lián)動，其他火警聯(lián)動功能被閉鎖。

2.3 雨淋閥電磁閥電壓低原因分析

由表1可見，聲光報警器是否參與聯(lián)動對雨淋閥電磁閥電壓影響較大?，F(xiàn)統(tǒng)計常規(guī)島各類火警探測設(shè)備電纜參數(shù)值，具體數(shù)值見下表2所示。

表2 各類火警探測設(shè)備電流參數(shù)匯總

通過表2可以看出，防火閥工作電流最大，電磁閥工作電流次之，聲光報警器工作電流第三，但每次試驗期間最多僅動作15個防火閥，且供電10 s后自動停止供電；每次試驗期間最多僅動作1個雨淋閥電磁閥；而61個聲光報警器將同時啟動，且持續(xù)供電。

從表1可知，執(zhí)行1/3/4號機常規(guī)島雨淋閥聯(lián)動試驗期間電磁閥驅(qū)動電壓明顯高于2號機常規(guī)島雨淋閥聯(lián)動試驗電磁閥電壓值。因此初步推斷電磁閥電壓過低可能與聲光報警器報警后火警控制器供電電源帶載設(shè)備增多、線路壓降增大有關(guān)，下面通過理論計算進(jìn)一步分析。

就地實測2號機常規(guī)島火警控制器至各供電回路配電箱距離，消防控制電源電纜長度取近似值，通過計算公式估算電纜阻抗，計算公式如下：

其中：R——電阻，ρ——電阻率，L——電纜長度，S——電纜截面積，現(xiàn)場火警直流電纜采用銅芯導(dǎo)線，截面積為2.5 mm2，20 ℃銅的電阻率為1.75×10-8Ωm，各供電回路配電箱之間電纜阻抗值見表3。

表3 各配電箱之間電纜阻抗對應(yīng)

通過2號機常規(guī)島火警控制器供電電源回路接線方式及配電線路上下游關(guān)系，繪制2號常規(guī)島火警控制器消防供電回路如圖2所示。

圖2 2號機常規(guī)島火警控制器消防供電回路

2號機常規(guī)島火警系統(tǒng)各控制回路下游負(fù)載數(shù)量如表4所示。

表4 2號機常規(guī)島火警系統(tǒng)各回路下游負(fù)載數(shù)量

通過理論計算各配電箱之間電纜壓降，進(jìn)而求得各配電箱處消防電源電壓理論值，計算過程先決條件如下。

(1) 將火警控制器消防供電電源取設(shè)計電壓24 V DC，且不考慮消防電源輸出阻抗壓降影響。

(2) 假定測量消防供電回路和受控設(shè)備無短路、斷路、接地、絕緣低等問題。

(3) 僅計算火警控制器至各回路配線箱之間電纜阻抗，配電箱下游設(shè)備電纜阻抗忽略。

(4) 火焰探測器靜態(tài)電流和感溫電纜靜態(tài)電流取最大值。

各供電回路之間線路壓降計算公式通過歐姆定律求得：

火警控制器消防電源輸出電壓按照設(shè)計電壓24 V DC計算，逐級減去各供電回路之間線路壓降，求得各供電回路配電箱處消防電源電壓值，在聲光啟動前后各供電回路配電箱處消防電源電壓對比值見表5所示。

表5 聲光報警器啟動前后各供電回路配電箱電壓值 V

根據(jù)表5可以看出，聲光報警器啟動前，雖然各供電回路之間線路存在壓降，但線路壓降較小，各供電回路配電箱處電壓值并未明顯降低。

在聲光報警器報警后，由于聲光報警器數(shù)量較多且工作電流較大，進(jìn)而導(dǎo)致流經(jīng)供電線路上的總電流增大，在線路電阻不變情況下，線路壓降將進(jìn)一步加大，造成各供電回路配電箱處電壓值逐漸降低。最終在本次雨淋閥聯(lián)動試驗的第二供電回路配電箱處電壓值僅為8.38 V DC，與雨淋閥聯(lián)動試驗時測得的電磁閥驅(qū)動電壓值基本吻合。

理論計算半數(shù)聲光報警器響起后第二回路配電箱處電壓為14.96 V DC，與采取的臨時方案雨淋閥電磁閥驅(qū)動電壓測量值也基本吻合。

因此可確定在工程設(shè)計初期，消防供電回路設(shè)計未充分考慮聲光報警器響起后帶載設(shè)備過多、線路壓降過大問題，2號機常規(guī)島火警控制器供電回路設(shè)計帶載能力不足，進(jìn)而導(dǎo)致聲光報警器響起后雨淋閥電磁閥驅(qū)動電壓遠(yuǎn)低于電磁閥工作電壓。

3 火警控制器帶載能力不足解決方案

3.1 臨時管控方案制定

根據(jù)此前原因分析，常規(guī)島雨淋閥電磁閥電壓低根本原因為常規(guī)島火警控制器消防供電電源設(shè)計帶載能力不足，如想根本解決此問題，需要通過工程改造增加火警控制器直流電源，但工程改造周期較長，需要在改造完成前制定臨時管控方案。

通過多專業(yè)討論及現(xiàn)場試驗，最終確定臨時管控方案為將1/2/3/4號機常規(guī)島聲光報警器平分成兩組，火警探測器報警情況下交替啟動聲光報警器，每組運行25 s，間隔5 s，避免聲光報警器同時啟動后火警控制器供電電源帶載設(shè)備過多、線路壓降過大?，F(xiàn)場試驗電磁閥驅(qū)動電壓升至15～17 V DC，雨淋閥正常動作。

3.2 最終改造方案

3.2.1 改造前數(shù)據(jù)分析

由圖2可知，其中第5回路和第8回路單獨從火警控制器JDT101AL直流電源并聯(lián)引出，與第1，2，3，4，6，7回路不存在上下游串聯(lián)關(guān)系，且該兩條回路上設(shè)備較少，經(jīng)現(xiàn)場實際測量，不存在線路壓降較大問題，在此不做分析。

根據(jù)1/2/3/4號機常規(guī)島火警模塊箱現(xiàn)場布置情況，在保證各控制回路防火閥、電磁閥等設(shè)備正常動作前提下，計算各控制回路所需最小需求電壓值。根據(jù)計算結(jié)果可知，第1，2，3，4，6，7回路最小需求電壓均高于目前消防電源供電電壓24 V。咨詢供應(yīng)商得知，消防電源最大輸出可調(diào)至27.9 V，即使將消防電源上調(diào)至最大輸出，第1，2，3，4，7回路仍存在啟動電壓不足問題。

3.2.2 改造方案確定

據(jù)常規(guī)島JDT系統(tǒng)回路壓降計算結(jié)果， 1/2/3/4號機常規(guī)島JDT系統(tǒng)第1，2，3，4，7回路壓降超過電源最大輸出電壓范圍，無法正常動作下游設(shè)備，需在1/2/3/4號機常規(guī)島JDT系統(tǒng)第1，2，3，4，7回路新增一路消防電源，并將回路部分負(fù)載分別接至新增消防電源中，火警控制器新增消防電源如3圖所示。

經(jīng)過此次工程改造，第1，2，3，4，7回路理論計算最小需求電壓見表6。

表6 常規(guī)島火警各回路電壓理論計算值 V

經(jīng)過壓降估算，改造后如將消防電源調(diào)至26 V DC可以滿足回路電壓需求，能有效解決1/2/3/4號機常規(guī)島JDT系統(tǒng)第1，2，3，4，7回路火警24 V聯(lián)動電源部分終端啟動電壓不足，無法正常動作下游設(shè)備問題。經(jīng)對標(biāo)外基地，寧德核電常規(guī)島火警電源2JDT150AL長期處于27.4 V DC且對下游設(shè)備無影響的經(jīng)驗反饋，改造時將消防電源調(diào)整至26 V DC輸出。

圖3 常規(guī)島火警控制器新增消防供電回路

2.2.3 電源設(shè)計

經(jīng)計算分析，需將1/2/3/4號機常規(guī)島JDT系統(tǒng)第1，2，3，4，7回路部分負(fù)載從原有回路斷開，將斷開的負(fù)載接入新增消防電源，火警控制器電源改造前后對比如圖4所示。

圖4 火警控制器電源改造前后對比

2.2.4 改造效果

紅沿河已于2020年11月完成1/2/3/4號機消防電源改造工作，經(jīng)再鑒定測試，在所有聯(lián)動設(shè)備信號不隔離情況下，即使聲光報警器全部同時響起，1/2/3/4號機常規(guī)島雨淋閥電磁閥電壓在21.8～23.6 V之間，均高于電磁閥額定工作電壓85 %以上，雨淋閥可正常動作，改造后常規(guī)島火警控制器控制回路啟動電壓提升效果明顯。

4 結(jié)論

紅沿河核電站常規(guī)島雨淋閥電磁閥驅(qū)動電壓低問題為中國廣核集團群廠共性問題，根本原因為常規(guī)島火警控制器消防供電電源設(shè)計帶載能力不足。對其原因進(jìn)行了原因分析，提出并實施了缺陷消除前的臨時管控方案以及解決根本問題的改造方案。