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        方家山核電廠火災(zāi)頻繁誤報警原因分析及策略

        2021-03-13 07:03:32
        中國核電 2021年1期
        關(guān)鍵詞:故障系統(tǒng)

        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。

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