大亞灣核電基地變壓器的火災(zāi)預(yù)想與消防運(yùn)行研究

程友傳　李純賀

【摘 要】本文分析了核電廠典型的變壓器火災(zāi)模式，并針對其特點(diǎn)從設(shè)計、建造、運(yùn)行和維護(hù)需求出發(fā)，分析和評價變壓器的火災(zāi)風(fēng)險以及消防措施。同時，結(jié)合大亞灣核電廠和嶺澳核電廠變壓器的消防現(xiàn)實(shí)情況，提出消防運(yùn)行建議。

【關(guān)鍵詞】核電；消防；變壓器；安全可靠

0 前言

8月26日17時32分左右，位于連云港市境內(nèi)的某核電站1號機(jī)組主變B相（12UBF）變壓器發(fā)生爆炸并引發(fā)火災(zāi)。引起國內(nèi)外公眾及輿論的關(guān)注，甚至被國外媒體誤傳為核電廠爆炸，為該電廠乃至整個核電行業(yè)帶來負(fù)面影響。由此可見，主變壓器的火災(zāi)是核電廠消防管理和研究工作的一個重要課題，本文嘗試從提高大亞灣核電基地變壓器的消防系統(tǒng)設(shè)備可靠性，保證核電安全方面出發(fā)，進(jìn)行一些分析和探討。

1 主變壓器火災(zāi)的可能原因分析

作為一種非罕見的設(shè)備火災(zāi)，外部的很多研究認(rèn)為。變壓器火災(zāi)主要是礦物油火災(zāi)，人們通常認(rèn)為其主要原因是油箱破裂。這種假設(shè)并不正確，特別是當(dāng)電壓電平低于 300kV 時，70%至80%的變壓器火災(zāi)是由油浸紙?zhí)坠芄收弦约俺錃饨^緣電纜箱或充油絕緣電纜箱故障引起的。[1]變壓器火災(zāi)原因總體可以總結(jié)為絕緣損壞、接觸不良、過電壓、過電流等。[2]但是從實(shí)際意思角度出發(fā)，這些分析較為宏觀，并不能是預(yù)防具有針對性。根據(jù)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和分析，大亞灣和嶺澳核電廠主變壓器油的火災(zāi)危險性有以下幾個因素：

1）油量大和易燃燒；

2）變壓器油中存在固有的放電現(xiàn)象，這可能造成油的閃點(diǎn)降低；

3）受高溫或電弧作用能分解出可燃?xì)怏w，受潮和老化后會出現(xiàn)沉淀、酸和水，降低絕緣強(qiáng)度。

如果有上述這些因素的存在，再加之可燃的絕緣材料和變壓器油在高溫和電弧的作用下被分解，放出大量的氣體，變壓器內(nèi)部一旦發(fā)生嚴(yán)重過載、短路等事故，就有可能造成外殼爆裂，大量的油噴出燃燒，而燃燒的油流淌會進(jìn)一步擴(kuò)大火災(zāi)。

2 主變壓器的防火措施

變壓器油箱爆裂起火，可能是單一的原因?qū)е碌模灿锌赡苁菐追N因素共同作用的結(jié)果。實(shí)踐和教訓(xùn)表明，在核電廠消防管理上，應(yīng)全面地考慮到各種事故的嚴(yán)重情況，從設(shè)計、設(shè)備制造、布置、運(yùn)行管理以及消防設(shè)施配備等幾個方面采取縱深防范措施。

2.1 正確選擇主變壓器壓器容量

應(yīng)正確選擇變壓器的容量，以防止變壓器長期過載運(yùn)行，造成火災(zāi)爆炸事故。

嶺澳一期核電站984MW的發(fā)電機(jī)組，分別經(jīng)1134MVA主變壓器組按單元接線方式接至500KV開關(guān)站向電網(wǎng)供電，主變壓器組由3臺375MVA的單相變壓器組成，主變壓器組低壓側(cè)采用分相封閉母線經(jīng)負(fù)荷開關(guān)與發(fā)電機(jī)出線端子相接，高壓側(cè)出線套管為油/SF6型料電容式，套管出線經(jīng)出線電纜（SF6氣體作絕緣材料）與主開關(guān)站相連。

2.2 變壓器具有良好的散熱運(yùn)行條件

正確選擇變壓器的冷卻油量，保障變壓器的散熱能力，變壓器運(yùn)行中的熱量靠變壓器油對流換熱。主變壓器冷卻風(fēng)扇的啟、停信號：

1）主變壓器壓器通電后，處于“STATE 1”方式的冷卻單元一直在運(yùn)行；當(dāng)主變壓器壓器不通電時，“STAGE 1”的冷卻器會自動停運(yùn)。

2）處于“STAGE 2”方式的冷卻單元是靠主變壓器繞組溫度來啟停的。當(dāng)變壓器的繞組溫度達(dá)到預(yù)定值80℃時自動啟動的，低于68℃時停運(yùn)。

3）將處于運(yùn)行狀態(tài)的冷卻單元放置“OFF”狀態(tài)時，該單元將停運(yùn)。

4）任一運(yùn)行中冷卻單元泵或風(fēng)扇電機(jī)過載保護(hù)動作，會導(dǎo)致該冷卻單元停運(yùn)。

2.3 變壓器安裝防火設(shè)計的原則

1）變壓器的安裝應(yīng)符合防火間距的要求。嶺澳一期核電廠和大亞灣核電廠主變壓器與主變壓器之間、主變壓器與汽機(jī)廠房之間均不能滿足防火間距要求，其間應(yīng)設(shè)防火墻，防火墻的耐火極限小于4h，防火墻的高度高于油枕，其長度不應(yīng)小于變壓器貯油池兩側(cè)各1m。

2）設(shè)置防火墻將影響變壓器的通風(fēng)及散熱，考慮到變壓器散熱、運(yùn)行維修方便及事故時滅火的需要，防火墻離變壓器外廓距離，以不小于2m為宜。

3）當(dāng)屋外單臺油量為1000kg以上的電氣設(shè)備，應(yīng)設(shè)置貯油或擋油設(shè)施。擋油設(shè)施的容積宜按油量的20%設(shè)計，并應(yīng)設(shè)置將事故油排至安全處的設(shè)施。當(dāng)不能滿足上述要求時，應(yīng)設(shè)置能容納全部油量的貯油設(shè)施。

4）當(dāng)設(shè)置有油水分離措施的總事故貯油池時，其容量宜按最大一個油箱容量的60%確定。

5）貯油或擋油設(shè)施應(yīng)大于變壓器外廓每邊各1m。

6）貯油設(shè)施內(nèi)應(yīng)鋪設(shè)卵石層，其厚度不應(yīng)小于250mm，卵石直徑宜為50-80mm。若當(dāng)?shù)責(zé)o卵石，也可采用無孔碎石。

2.4 變壓器的運(yùn)行管理

加強(qiáng)變壓器的運(yùn)行管理，細(xì)心地做好監(jiān)視、檢查，記錄工作，認(rèn)真分析異常情況，果斷地處理，化學(xué)和電氣定期取樣分析。除此要求之外，還注意下列的要求：

1）變壓器的所有保護(hù)裝置應(yīng)完好，動作準(zhǔn)確。根據(jù)變壓器容量大小、電壓等級以及變壓器運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)有差動保護(hù)、溫度保護(hù)、低電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)，瓦斯保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)等保護(hù)裝置。

2）變壓器跳閘后，應(yīng)立即查明原因，如綜合判斷證明變壓器跳閘不是由于內(nèi)部故障所引起，可重新投入運(yùn)行；若變壓器有內(nèi)部故障的征象時，應(yīng)作進(jìn)一步檢查。變壓器跳閘后，應(yīng)立即停油泵。變壓器著火時，應(yīng)立即斷開電源，停運(yùn)冷卻器，并迅速采取滅火措施，防止火勢蔓延。

2.5 變壓器滅火系統(tǒng)的設(shè)計

如表1所示，變壓器設(shè)置包絡(luò)線水噴霧系統(tǒng)，避免立體火災(zāi)的形成，防止變壓器爆炸后使上層噴霧管網(wǎng)失效。

3 建議和總結(jié)

結(jié)合大亞灣核電基地變壓器的現(xiàn)狀，從提高大亞灣核電基地變壓器的消防系統(tǒng)設(shè)備可靠性，保證核電安全方面出發(fā)，提出以下建議。

1）要求在檢修后重點(diǎn)檢查瓷套管，認(rèn)真謹(jǐn)慎做好數(shù)據(jù)的核實(shí)。將瓷套管檢查工作當(dāng)作為防火安全工作重點(diǎn)檢查的對象。

2）變壓器的安裝應(yīng)符合防火間距的要求。嶺澳核電廠和大亞灣核電廠主變壓器各相之間、主變壓器與汽機(jī)廠房之間均不能滿足防火間距要求。其間應(yīng)設(shè)防火墻，防火墻的耐火極限小于4小時，防火墻的高度高于油枕，其長度不應(yīng)小于變壓器貯油池兩側(cè)各1m。

3）從日前田灣核電廠主變壓器的火災(zāi)經(jīng)驗(yàn)反饋表明，固定消防管道布置不合理，建議分兩個支路或者重新布置消防管道。

4）加強(qiáng)變壓器的運(yùn)行管理（特別是FOI臨時指令管理），細(xì)心地做好監(jiān)視、檢查，記錄工作，認(rèn)真分析異常情況，果斷地處理，化學(xué)和電氣定期取樣分析。

5）加強(qiáng)對主變壓器消防的培訓(xùn)：

（1）進(jìn)行事故預(yù)想和準(zhǔn)備；

（2）消防培訓(xùn)時重點(diǎn)提出。

根據(jù)“縱深防御”的指導(dǎo)思想，從核電廠的設(shè)計、建造、運(yùn)行和維護(hù)需求出發(fā)，識別系統(tǒng)火災(zāi)爆炸因素，分析和評價發(fā)生火災(zāi)爆炸的可能性，根據(jù)其結(jié)果采取相應(yīng)的措施，預(yù)防火災(zāi)爆炸事故的發(fā)生，從防火安全的角度保障核安全，使核電廠火災(zāi)爆炸所造成的損失減少到最低程度，達(dá)到最佳消防安全狀態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。

【參考文獻(xiàn)】

[1]辨析變壓器火災(zāi)風(fēng)險與幾率[J].供用電，2014，06.

[2]變壓器火災(zāi)事故成因及預(yù)防措施[C]//第四屆吉林安全生產(chǎn)論壇論文集. 2011，7.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]