核电站火灾自动报警系统探测防潮技术探析

摘要：火灾自动报警系统是核电站消防设施的重要组成部分，是减少火灾事故损失的有效手段之一，火警探测器误报警对电厂安全生产带来巨大的安全隐患，本文针对火警探测器在潮湿环境下易引起的误报现象，通过探测器探测原理分析探测器误报的原因，并对探测器防潮技术进行了探析，选择了一种适合电厂的最优解决方案，解决了困扰电厂多年的因环境湿度大引起的探测器误报问题，对解决国内外各行业火灾自动报警系统探测器因潮湿而误报的问题具有一定的参考价值。

关键词：核电站、火灾自动报警系统、防潮技术

Analysis of Moisture-proof Technologies for Detection in Automatic Fire Alarm Systems of Nuclear Power Plants

Li Shi-hong Liu Yu-jie Liu Yang Xiong Wei-hua

(CNNP Nuclear Power Operation Management Co., Ltd.Haiyan Zhejiang,314300)

Abstract:The automatic fire alarm system is an important part of the fire - fighting facilities in nuclear power plants and one of the effective means to reduce losses caused by fire accidents. False alarms from fire detectors pose a huge safety hazard to the safe production of power plants. This article focuses on the false alarm phenomenon that fire detectors are prone to cause in a humid environment. By analyzing the detection principle of the detectors, it explores the causes of false alarms, and analyzes the moisture - proof technologies for detectors. An optimal solution suitable for power plants is selected, which solves the problem of false alarms caused by high environmental humidity that has troubled power plants for many years. This has certain reference value for solving the problem of false alarms caused by humidity in fire detectors of automatic fire alarm systems in various domestic and foreign industries.

Keywords:Nuclear power plant, fire automatic alarm system, Moisture - proof Technology

一、引言

火灾自动报警系统是核电站消防设施的重要组成部分，是减少火灾事故损失的有效手段之一，火灾自动报警系统在火灾探测、自动报警、自动灭火等消防环节中发挥了相当大的作用，其工作核心是能及早获知火灾信号，对火灾信号进行处理和判断, 实施早期自动、准确、快速地火灾报警，进而启动联动消防灭火装置，实施灭火扑救，同时具有引导人员疏散、传递灭火活动信息等功能，对核电站的安全稳定运行有着重要的作用和意义。但如果火灾自动报警系统在无火灾参数或参数未达到响应阀值时就发出警报，即产生“误报”时，往往会给电站运行操作人员造成巨大的困扰，后果严重时如导致喷淋系统动作，会给电站带来巨大的经济损失。本文主要针对在梅雨或潮湿天气时感烟探测器易发生误报警现象，结合电厂火灾自动报警系统整体改造对探测器误报产生的原因进行分析并制定相应的对策。

二、探测器误报原因分析

电厂在改造前使用的是感烟探测器，因环境湿度大探测器经常误报。感烟火灾探测器是一种响应燃烧或热介质产生的固体或液体微粒的火灾探测器，它能探测物质燃烧初期在周围空间所形成的烟雾粒子浓度，烟雾并不能提升环境温度，也就是说阴燃阶段的火灾温度基本不会达到温感报警器的报警值，但是产生的烟雾量却足以令烟感报警器率先于温感报警器发出警报，因此感烟火灾探测器具有非常好的早期火灾探测报警功能。

感烟探测器的一般工作原理是传感元件检测火灾产生物或火灾发生时的特征值，变送电路将探测元件传来的原始信号转换为电流、电压信号,或是脉冲开关量，送入火灾自动报警控制器中，控制器对接收到的信号加以计算分析，并判定是否有火灾正在发生,是则发出报警信号。传感器是感烟探测器的感官，但它的分辨能力有限，当传感器里的发射源发光二极管发出的光线经过与烟雾粒径相似的物质，如粉尘、水雾时，会发生同样的散射作用，从而使光敏接收器件获得能量触发探测器误报警。

常用的感烟探测器有点型离子感烟探测器、点型光电感烟探测器、空气采样感烟探测器和线型感烟探测器，下面从感烟探测器的原理来逐一分析探测器误报警的原因。

2.1离子感烟探测器

离子感烟探测器的工作原理是正常情况下，探测器两端的外加电压为V0，即回路电压，等于两电室电压之和，即V0=V1+V2 ，当火灾发生时，烟雾进入检测电离室后，电离电流从正常状态的I1减小到I1'，相当于检测电离室阻抗增加，检测室两端的电压从V2增加到V2'。ΔV= V2'-V2 。当该增量增加到一定值时，可判定为达到报警阈值,发出报警信号，图一是离子感烟探测器探测原理示意图。

图一：离子感烟探测器探测原理示意图

离子感烟探测器的优点是对小粒子响应灵敏度高；缺点是存在放射性污染，且易受环境干扰,目前应用越来越少。在潮湿环境中，当水雾粒子进入电离室后，被电离部分的正离子与负离子附着在比自身体积大许多的水雾粒子上，会使离子运动速度急剧减慢；另一方面，由于水雾粒子的作用，α射线被阻挡，电离能力降低，电离室内产生的正负离子数也少，两种作用都会导致离子电流减小，造成误报警。

2.2光电感烟火灾探测器

光电感烟探测器是利用火灾时产生的烟雾可以改变光的传播特性，并通过光电效应制成的一种火灾探测器，主要由检测室、电路、固定支架和外壳等组成，其中检测室是其关键部件，它是应用烟雾粒子对光的散射作用并通过光电效应而制作的一种火灾探测器，随着光电子技术日新月异，目前被广泛应用的灵敏度高的探测器类型。

光电感烟探测方式一般只适用于点型探测器结构，探测原理如下图二。其暗室中发光元件与受光元件的夹角在90°～ 135°之间。进入遮光暗室的烟雾粒子对发光元件（光源）发出的一定波长的光产生散射作用（按照光散射定律，烟粒子需轻度着色，且当其粒径大于光的波长时将产生散射作用），使处于一定夹角位置的受光元件（光敏元件，例如光敏二极管或三极管）的阻抗发生变化，在施加的恒定电压下，受光元件的电流发生了变化。此变化电流的大小与散射光强弱有关，并且由烟粒子的浓度和粒径大小及着色与否来决定。根据受光元件的光电流大小，即当烟粒子浓度达到一定值时，散射光的能量就足以使受光元件的光电流发生很大的变化，可用于激励外电路发出火灾信号，探测器即动作，向火灾报警控制器发送出报警信号，在受光元件不能有效区分烟粒子或水分子时易发生探测器误报现象。

图二：光电感烟探测器探测原理示意图

2.3空气采样感烟探测器

空气采样感烟探测器是通过管道抽取被保护的空气样本到中心检测室，以监视被保护空间内烟雾存在与否的火灾探测器。该探测器能够通过测试空气样本，了解烟雾的浓度，并根据预先确定的响应阈值给出相应的报警信号。为了防止空气中的灰尘或其他颗粒对检测造成干扰，所采集的空气样品要经过一道过滤网。平行的激光光束照射到来自被保护区的经过气流传感器穿过反射镜中心孔并经过过滤的空气样本上，如果样本中有烟粒子存在，散射光线经凹面反光镜反射到高灵敏度光接收器，经测量计算后的散射光信号脉冲数可测得空气样本中的烟粒子数，如果达到报警阈值则发出警报。

空气采样感烟探测器的灵敏度非常高，而灵敏度高和误报是一对矛盾，虽然在主机内部设置滤网能暂时过滤掉灰尘、水雾等误报源，但长期处于潮湿环境，必定产生误报或故障。

2.4线型感烟探测器

线型感烟探测器的工作原理时当探测器光路上出现烟雾时，会使到达接收器的信号减弱，当减光率达到预设阀值（可在发射器/接收器组合单元上设定）时，探测器就会产生报警信号，当光束全被挡住时，会产生故障信号，以防止漏报警。一般的线型光束感烟探测器可分为对射式和反射式两种，对射式是发射器和接收器分开安装，由发射器到接收器之间的红外光束进行探测；反射式线型红外光束感烟探测器由发射器、接收器组合单元和反射镜组成，发射器发出的信号经反射镜反射后进入接收器，反射式线型光束感烟探测器的传感器灵敏度高，但线型感烟探测器对环境要求比较高，不能有遮挡物。

图三：线型感烟探测器探测原理示意图

电厂在潮湿区域离子感烟探测器、光电感烟探测器都有使用，在梅雨季节或者潮湿天气湿度比较大时探测器经常发生误报现象，探测效果不是很好，下文对探测器防潮技术进行了分析并选择了适合电厂的最佳解决方案。

三、探测器防潮技术分析及对策

针对电厂在潮湿环境下探测器易报警这一现象，电厂在改造方案设计时主要从优化厂房环境、探测器灵敏度设置、增加探测器加热底座和探测器换型等几个方面进行考虑。

3.1优化厂房环境

通过对电厂火警探测器误报时间及探测器安装位置分析，电厂火警探测器误报主要发生在大雾天气和梅雨季节，在这个时间段室外环境湿度非常大，送风机运行时把室外潮湿的空气送入，造成室内环境湿度大引起探测器误报。如解决室内环境湿度大的问题可从两方面分析，一个方面是关闭电厂送风机，并通过逻辑修改打开电厂排风机，即保持只有排风机运行的方式减少室外潮湿的空气进入房间的量，可以缓解火警探测器误报的现象，但室内有酸碱罐等其他设备，需保持通风运行，因此不建议改变风机的运行方式；另外一个方面是增加室内除湿设备，由于室内空间比较大，增加的设备量比较大，投入成本比较大，施工困难等，也不建议使用这一方案。

3.2调低探测器灵敏度

现有探测器灵敏度设置为0.194dB/m，通过在图形计算机软件组态可以修改探测器灵敏度，还有0.233dB/m和0.270dB/m两种不灵敏和极不灵敏可以选择，经过评价：调低探测器灵敏度虽然能减少探测器误报问题，但不能完全避免因水雾探测器误报问题，同时调低探测器灵敏度也会降低对烟雾灵敏度的探测，不符合标准要求，因此不建议此项方案。

3.3 光电烟雾探测器安装加热底座

针对潮湿现象成为典型的火灾探测误报源，根据冷凝现象产生的机理，在火灾自动报警设备周围增加加热装置可以有效避免设备表面和腔体内部的水汽凝结，从而避免因冷凝产生的误报警的发生。探测器底座和加热器是一体化结构，加热器电阻内置于探测器底座，不挤占任何底座与底盒的接合部位，底座与探测器部分的安装接线方式保持不变。当对探测器进行检修维护或更换时，只需要将探测器部分拧下，不需要拆卸底座及重新接线；当需要维护更换加热器时，将探测器和加热器底座整体卸下，再将探测器卸下，维护或更换底座即可，不会对探测器构成损坏。

增加探测器加热器底座是独立结构，独立接线和安装，不能借用火灾报警控制器及探测器现有的接线，此方案需对每个探测器铺设电缆单独供电，施工量较大，对于环境湿度比较小情况使用效果较好，但如果环境湿度比较大时通过增加探测器加热器时不确定能否解决水雾探测器误报问题，经过电厂讨论不建议此项方案。

3.4对光电烟雾探测器进行换型

电厂在改造方案设计时结合国标《火灾自动报警系统设计规范》GB 50116-2013要求，图像型烟火复合探测器和红外火焰探测器均可在此类潮湿环境中使用，首先通过对比图像型烟火复合探测器和红外火焰探测器优缺点，再进行设备选型。

图像型烟火复合探测器主要以计算机的图像识别模式为基础，综合利用数字图像处理和计算机视觉，通过对图像数据的分析，寻找符合火灾的特征，进行数据融合、决策和报警输出。例如，火灾的运动特性、面积特性、形状、频域分析等被用于火焰的探测分析中；背景模糊特性、光流场、喘流特性、纹理等被用于烟雾的探测分析中。针对计算获得的所有特征参数数据，系统进行有机融合，进而进行火灾的判断决策。相对于传统火灾报警系统，图像型烟火复合探测器受空间和环境等因素的影响小，并可通过图像画面对报警现场进行火灾复核。图像火灾探测系统一般由视频采集、视频传输、视频处理、图像算法识别和报警设备组成，相较传统探测器有较高的稳定性和较低的误报率，运维成本也相对较低，运行电站反馈良好。

红外火焰探测器又称感光式火灾探测器，它是用于响应火灾的光特性，内含一个红外传感器和光学过滤器，它响应火焰辐射光谱中的波长较长的红外辐射，用来检测高温火焰和因火焰引起的高温气体辐射出的各种频带的红外线。目前常用的红外火焰探测器有双波段和三波段两种类型，与双波段红外火焰探测器相比，三波段红外火焰探测器具有更高的误报免疫力，覆盖范围也更大。

图像型烟火复合探测器可用于火灾初期有烟的场所，红外火焰探测器一般主要用来对火灾初期有明显火焰的场所进行火灾探测，综上分析，在湿度大的环境下采用图像型烟火复合探测器更为合理。实现方法是图像型烟火复合探测器通过系统现有的网络系统，把相关信号传输到主控室主机中，圆满的解决了常规探测器易发生误报问题，又在发生火情时操作员在主控室通过图像能及时发现并采取对应措施。图像型烟火复合探测器架构图如图四。

图四：图像型烟火复合探测器架构图

四、结语

火灾自动报警系统是核电站消防设施的重要组成部分，是减少火灾事故损失的有效手段之一，火警探测器误报不仅给操作人员带来巨大的困扰，还可能会对电厂安全生产带来安全隐患，针对火警探测器在潮湿环境下易引起的误报现象，电厂在火灾自动报警系统整体改造设计中通过探测器探测原理分析了探测器误报的原因，并对探测器防潮技术进行了探析，选择了一种适合电厂的最优解决方案，解决了困扰电厂多年的因环境湿度大引起的探测器误报问题，对解决国内外各行业火灾自动报警系统探测器因潮湿而误报的问题具有一定的参考价值。

参考文献（References）:

[1]汪庆年,李桂勇,元美玲.基于S3C2410网络视频监控系统的设计与实现.微计算机信息,2007,12-2:161-163.

[2]刘富强.数字视频监控系统开发及应用.北京:机械工业出版社,2003.

[3] 朱继洲. CANDU堆核电厂核岛系统及其运行. 西安 西安交通大学核电培训中心. 1998.12 .

[4]杨坚.火灾报警系统设计浅谈[J].林业建设,2005(3):3- 4.

[5]GB 50116-2013 《火灾自动报警系统设计规范》

作者简介：  李世红, 男 ,1978.11年出生，山东菏泽人，硕士研究生，毕业于武汉大学，在中核核电运行管理有限公司从事设备管理工作20年。

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