核电厂汽轮机厂房消防联动电压低问题的分析与处理 (1).pdf

86第3 8 卷2023年第8 期CONSTRUCTiONSAFETY消防安全建筑安全核电厂汽轮机厂房消防联动电压低问题的分析与处理陈杰肖安洪曾辉靳津郭文（中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，四川成都610213)摘要：火灾自动报警系统消防联动功能的完整性、正确性和可靠性是实现其安全功能的重要保证。结合现场实际情况，介绍了某核电厂汽轮机厂房消防联动调试期间，防火阀等消防设备无法联动、消防电源保险频繁烧毁、供电线路压降过大、终端设备供电电压不足等复合问题的分析处理过程。基于消防法规规范，采用单一变量方法多次复现试验过程进行数据采集和分析，得出原因有同时联动设备过多、防火阀卡涩、消防电源容量不足且输出电压过低、消防供电线路布置不佳等。通过采取增加联动延时、处理阀门卡涩问题、增加消防电源、调高消防电源输出电压及优化供电线路的处理措施后，再次执行联动试验，结果合格，设备均能正常动作，新增消防电源容量可满足极端火灾工况的供电需求。关键词：火灾自动报警系统；消防联动；消防电源；供电线路中图分类号：TU998.1文献标志码：B0引言火灾自动报警系统消防联动功能是保证火警探测系统在触发报警信号或其他信号的情况下，消防水系统、防排烟系统、非消防电源切断等能够正确动作，实现设计功能，达到控火、灭火、防止烟雾扩散、保障逃生通道安全、保障人员及设备安全的功能。联动功能的完整性、正确性、可靠性是实现其安全功能的重要保证。核电厂汽机厂房包含二回路的大量机电设备，是核电厂防火、灭火的重点，也是难点。火灾自动报警系统的消防联动设计非常复杂，需联动大量设备且联动逻辑错综复杂，如何在火灾各种极端工况下保证联动的正常动作，对于汽轮机厂房的防火、灭火至关重要。在该核电厂汽轮机厂房消防联动调试中，遇到了汽轮机厂房通风系统（简称DVM)防火阀无法关闭或开启；开启防火阀试验时，负荷过大导致消防电源保险丝烧毁；如遇1 6.2 m电缆夹层火灾等极端情况，极可能因同时启动通风消防设备过多而导致消防电源负荷过大、保险丝熔断，使消防联动失效，存在极大安全隐患等问题。在此背景下，结合现场实际情况研究分析出一种切实可行的方案，以保证联动功能正常运转。1某核电厂汽轮机厂房火灾自动报警系统简介（优化前）1.1火灾自动报警系统结构如图1 所示，某核电厂汽轮机厂房火灾自动报警系统包括一台联动型火灾报警控制器、一台直流消防电源、若干火灾探测器、若干手动报警按钮、若干输人模块、若干输出模块。火灾远程或就探测器地手动启手动报警动按钮按钮火灾报警控制器状态反馈输入模块通风、消防等启动、联动设控制备输出模块供电直流2 4V直流消防电源供电直流2 4V图1火灾自动报警系统结构示意火灾探测器、手动报警按钮、输入模块、输出模块通过环形信号线与火灾报警控制器通讯。火灾报警控制器不间断地巡检这些设备，监视包括火警、故障、作者简介：陈杰，1 9 9 0 年生，大学本科，工程师，研究方向为核电站自动控制系统和消防系统。E-mail：4446 1 37 40 q q.c o m87陈杰，等：核电厂汽轮机厂厂房消防联动电压低问题的分析与处理正常、隔离等工作状态，同时根据联动逻辑，联动输出模块，启动通风、消防设备，并接收其反馈信号。直流消防电源向输出模块及其他用电设备供应直流2 4V启动电源，是所有联动功能实现的必备动力电源。1.2消防联动逻辑如图2 所示，当火灾探测器探测到火灾时，产生报警信号，并将信号传输至火灾报警控制器。火灾报警控制器接收到信号后，一方面发出报警信号，提醒值班人员响应，另一方面判断是否满足相应联动条件，若满足，则发出控制命令，启动输出模块。输出模块启动后，向下游消防联动设备输出24V直流电源，联动相关消防设备。现场值班人员也可根据火灾情况，在远程（主控室）或就地手动启动消防联动。消防联动的电源均由直流消防电源提供。探测器产生报警信号火灾报警控制器满足消防联动条件发出报警信号输出模块消防联动就地按钮动作电源动作信号消防启动图2消防联动逻辑示意1.3消防电源供电如图3所示，直流消防电源设置在2 0.2 m层，其引出一条供电线（两芯2.5 mm铜芯）至本层接接线箱输出模块输出模块供电线路28.2联动设备联动设备供电线路直流消防主接线箱电源20.2输出模块输出模块(16.2).接线箱输出模块输出模块供电线路0.2联动设备联动设备图3消防电源供电示意（单位：m）线箱，然后在接线箱内并联出多路电源线，分别向28.2m、2 0.2 m、1 6.2 m、1 1.2 m、6.2 m、0.2 m 层的接线箱供电，再由安装于各层的接线箱并联出多路电源线向本层输出模块供电，以联动下游设备。供电线均为两芯2.5 mm铜芯电源线。2问题的分析处理2.1问题描述在消防联动调试的过程中，遇到了如下问题。（1）根据防火要求，在厂房任意位置发生火灾时，需联动2 6 台用于厂房送风的送风机（DVM001ZV-DVMO26ZV)停运，并关闭安装于送风机出口的2 6 台防火阀（DVM001VAF-DVM026VAF）。而在试验时，发现DVM安装的2 6 台用于汽机厂房送风的送风机出口防火阀大量无法关闭或开启，在未动作情况下测量各防火阀电压，供电线路防火阀侧电压最低至1 7.3 V。（2)根据设计及规范要求，在火灾扑灭后，需在火灾报警控制器控制面板上手动开启DVM的26台送风机的防火阀。而在试验时，在按下防火阀开启按钮后，因启动负荷大导致消防电源保险丝(10 A)熔断。（3）如遇1 6.2 m电缆夹层火灾等极端情况，极可能因同时启动通风消防设备过多而导致消防电源过负荷、保险丝熔断，使消防联动失效，存在极大隐患。2.2原因分析发现问题后，结合以往类似工程实践，经分析，初步判断导致上述问题可能的原因为：消防供电线路布置不佳，电压线损大；防火阀卡涩；同时开启或关闭阀门过多，消防电源、供电线路负荷大；消防电源容量不足；消防电源输出电压过低O2.2.1消防供电线路布置不佳，电压线损大如1.3节所述，整个厂房只有一个消防电源，只有一根两芯2.5 mm铜芯的电源线从消防电源引至该层主接线箱。在防火阀联动试验后部分防火阀未动作的情况下，测量2 0.2 m层接线箱内的电源线电压，电压仅为2 2 V，即该段供电线路已有2V的电压线损，电压线损过大，因其为主供电线路，导致下游所有设备供电电压都将减小2 V。主供电线路单一，且铜芯截面较细，电压线损大，即使在无任何消防设备动作的正常工作情况下，也有约0.5V的电压降,存在较大的供电隐患。88第3 8 卷CONSTRUCTiONSAFETY2023年第8 期消防安全建筑安全2.2.2防火阀卡涩在联动试验后，对无法联动的防火阀逐一进行单体试验，即在火灾报警控制器上强制关闭单个防火阀，结果部分防火阀仍不能关闭，直接操作手动关阀机构，仍无法关闭。此类防火阀执行机构为电磁阀，动作原理为：当输出模块动作，线圈通电，电磁铁励磁，执行机构脱扣，防火阀关闭，关闭到位后连锁电磁铁线圈断电。所以，若输出模块动作，线圈通电后，防火阀因卡涩未关闭或未关闭到位，则线圈将持续通电消耗功率(2 4V,0.7A）,增大线路电流、电压降，使得供电线路后部的防火阀的动作电压更低、更不易动作，前面防火阀卡涩后，进一步拉低后面防火阀的供电电压，形成多米诺骨牌效应，使得防火阀大面积无法动作。故防火阀卡涩问题，是导致联动功能失常的重要因素。2.2.3同时开启或关闭阀门过多，消防电源、供电线路负荷大按照设计要求，确认火灾后，需立即停运DVM系统的2 6 台送风机，同时关闭安装于送风机出口的2 6 台防火阀，本着消防联动宜早不宜迟的原则，在联动逻辑编写时,2 6 台风机及2 6 台防火阀的联动均为同时动作，未增加延时，可能导致消防电源负荷过大，供电线路电流峰值过大而造成电压线损过大，使联动设备端供电电压不足。此外，在开启26台防火阀时，未考虑消防电源及供电线路容量问题，联动逻辑为按动开启按钮后，DVM系统2 6台防火阀同时开启，即2 6 台防火阀的伺服电机同时运转，可能造成消防电源负荷过大、熔断供电线路保险丝。2.2.4消防电源容量不足该厂房联动逻辑复杂、涉及设备多，若遇最大联动负荷的极端火灾工况，工作负荷将很大，消防电源（2 4V,30A）可能因负荷过大而熔断保险丝，导致消防设备完全失去消防电源，将给火灾发生后的控火、灭火埋下隐患2.2.5消防电压输出电压过低检查后发现消防电压输出电压仅为2 4.5 V,电压偏低，再经供电线路损耗后，到达终端设备的电压已低于2 2 V。经上述原因分析后，导致联动功能异常的因素已明确。解决上述联动问题主要从三个方面考虑：1）处理防火阀卡涩问题。2)增大消防电源容量，满足极端工况下的联动需求。3）保证在任何极端联动逻辑触发的条件下，任意联动设备得到的消防电源供电电压正常，供电电压始终在保证设备的正常动作的最低电压之上。对于第三项，可以运用式（1）计算其影响因素 2 U=U,-U2(1)U,=I,R,+I,R,+I,R,+.+I,R,式中：U为联动设备端电压；U，为消防电源供电线路出线端电压；U2为消防电源至联动设备之间的供电线路的电压降;I,R,+I2R2+I,R，+.+I,R,为消防电源至联动设备之间的各段供电线路的电压降之和；I，为第n段供电线路电流大小；R，为第n段供电线路电阻大小。由此可以看到，要保证终端联动设备的电压U不低于动作要求的最低电压，需从以下几个方面考虑：1)调高消防电源供电线路出线端电压U,。2)降低消防电源至联动设备之间的供电线路的电压降U2。而要降低U2，需从以下几个方面考虑：降低各段供电线路的电流值In。要降低电流值I，可通过减少同时联动的设备量实现，即设备分时启动，使电流峰值不至于过高。也需要处理防火阀卡涩问题，防止防火阀卡涩造成的电磁铁持续消耗功率,导致电流逐渐增大的问题。降低各段供电线路的电阻值R，。首先分析影响导线电阻的因素，运用导线电阻公式（式2）分析。LR,=pxS(2)式中：p为导线电阻率，与导线材料及导线温度有关（导线电阻率与温度成正比）；L为导线长度；S为导线的截面积。由上可得，可通过更换电阻率较低的材料、降低导线温度、减少导线长度或增大导线的截面积四种方法来减小导线电阻值。2.3问题处理在原因明确后，经研讨，在满足法规、标准规范的前提下，综合现场变更的操作难易程度、成本控制、进度要求、穴余情况，处理方案定为处理防火阀卡涩问题、增加联动延时（分时启动联动设备）、调高消防电源输出电压、增加消防电源及优化供电线路。2.3.1处理防火阀卡涩问题对于不能动作的防火阀做润滑、修理等处理，89陈杰，等：核电厂汽轮机厂月房消防联动电压低问题的分析与处理并做单体动作试验，直至阀门单体开关均正常。2.3.2增加联动延时，分时启动设备根据CB501162013火灾自动报警系统设计规范所述“4.1.5消防设备启动的过电流将导致消防供电线路和消防电源的过负荷，也就不能保证消防设备的正常工作。因此，应根据消防设备的启动电流参数，结合设计的消防供电线路负荷或消防电源的额定容量，分时启动电流较大的消防设备3 ，调试在联动程序中，增加了DVM系统的2 6台风机及对应防火阀启动的延时，分批启动，即在达到联动触发条件时，先停运关闭DVM001-003ZV、D V M 0 0 1-0 0 3 V A F,2 s 后停运关闭DVM004-006ZV、D VM 0 0 4-0 0 6 VA F，再过2 s停运下一批风机和防火阀，依次类推，分批启动（表1）。表1风机和防火阀联动延时联动设备延时/sDVM001ZV(停运)DVM001VAF(关闭)0DVM002ZV(停运)DVM002VAF(关闭)0DVM003ZV(停运)DVM003VAF(关闭)0DVM004ZV(停运)DVM004VAF(关闭)2DVM005ZV(停运)DVMO05VAF(关闭)2DVM006ZV(停运)DVM006VAF(关闭)2DVMO07ZV(停运)DVMO07VAF(关闭)4DVM008ZV(停运)DVM008VAF(关闭)4DVMO009ZV(停运)DVMO09VAF(关闭)4在防火阀开启时，也采用和上述类似的分时启动方法，在此不再赘述。设定分时启动后，极大地降低了供电线路峰值电流及功率消耗。2.3.3调高消防电源输出电压原消防电源的输出电压只有2 4.5 V，电压偏低，导致下游电压整体偏低。考虑到线路损耗，在下游设备允许的工作电压范围内，将消防电源输出电压调高至2 6.5 V，使得下游供电电压整体提高近2V，提高了终端联动设备联动的可靠性。2.3.4增加消防电源及优化供电线路增加一个直流消防电源，从该直流消防电源直接引出一条电源线，供给启动电流较大的16.2 m层，将负荷分流，从而大大减轻极端火灾工况下另一个消防电源的工作负荷。未变更前，从原消防电源只引出了一根两芯2.5mm铜芯的电源线，引至该层主接线箱。为了分流，增加供电线截面积，减少电源线的电压损耗，增加供电的可靠性，从原消防电源增加了一根两芯2.5mm铜芯的电源线引至2 0.2 m层主接线箱。这样从原消防电源箱引出了两根两芯2.5 mm铜芯的电源线至2 0.2 m层主接线箱，一根在主接线箱并联后分别引出线给0.2 m、6.2 m、11.2 m 层供电,另一根在主接线箱并联后分别给2 0.2 m、28.2m层供电。增加了供电线后，相当于增大了供电线截面积，减少了线路电压损耗（图4）。接线箱输出模块输出模块供电线路28.2联动设备联动设备新增供电线供电线路直流消防新增直流主接线箱电源消防电源20.2输出模块输出模块新增供电线接线箱(16.2)接线箱输出模块输出模块供电线路0.2联动设备联动设备图4优化后的消防设备供电示意（单位：m）3结束语采取上述措施后，再次执行联动试验，结果均合格，设备均能正常动作，新增消防电源容量可满足极端火灾工况的供电需求。该消防联动问题的分析解决是良好的工程实践及经验反馈，在后续遇到类似消防设备无法联动、消防电源容量不足、终端联动设备供电电压不足等问题时，应从联动终端设备动作是否正常、联动负荷是否过大、是否需增加延时、消防电源输出电压是否过低、消防电源容量是否足够及供电线路布置是否合理等方面考虑。参考文献1吴梅燕.火灾自动报警系统电源总线截面选择的计算探讨J.福建建筑，2 0 15(5)：10 8-110.2陈建军，李玉丽.电工技术M.北京：机械工业出版社,2 0 13.3中华人民共和国住房和城乡建设部.火灾自动报警系统设计规范：GB501162013S.北京：中国计划出版社,2 0 13.（本文收稿：2 0 2 2 12-0 9）