核電廠油浸式變壓器火災風險及撲救對策探討

竇元梁，孫寶承

(1.霞浦核電有限公司，福建 寧德 355100；2.蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)

0 引言

對于核電廠而言，因其涉核的特殊性，發生火災的危害遠比一般火災大而備受廣泛關注。核電廠火災類型以B 類與C 類為主，其中B 類火災是由設備使用的潤滑油以及發電設備使用的燃料油引起的，一旦發生火災，極易造成重大損失，比如近年來國內核電廠發生的多起油浸式主變壓器火災，均造成了嚴重的經濟損失和社會影響。

目前油浸式變壓器火災的防范從設計、制造、安裝、調試與運行階段都形成了一定的標準，但由于設備故障、運行維護水平、環境因素等多方面影響，油浸式變壓器火災事故依然時有發生。為預防和減少核電廠油浸式變壓器火災的發生，在分析油浸式變壓器火災產生原因、風險及事故特點的基礎上，結合某核電廠油浸式主變壓器消防設計和資源配置情況，對核電廠油浸式主變壓器火災預防、火警響應與撲救對策進行探討。

1 火災原因

核電廠采用的油浸式主變壓器是以油作為變壓器主要絕緣手段，并依靠油作冷卻介質，如油浸自冷、油浸風冷、油浸水冷及強迫油循環等，主要部件有鐵心、繞組、油箱、油枕、呼吸器、防爆管(壓力釋放閥)、散熱器、絕緣套管、分接開關等。在運行過程中，導致變壓器發生火災的主要原因如下。

(1) 油浸式套管火災。這是最有可能引發變壓器火災的原因之一。油浸式套管大都采用預應力中心管設計，套管內的絕緣層承受較高應力，一旦油浸式套管內出現閃絡，極有可能引發爆炸、產生空氣電弧、漏油及重大火災。

(2) 電纜故障。充氣或充油式電纜箱內出現的電纜終端故障引發變壓器火災的可能性也較大。電纜終端上或其內部出現閃絡時，電弧產生的壓力使電纜箱爆裂，引燃電纜箱內部或其附近的油體，儲油器或主油箱的溢油將使火情持續甚至加重。

(3) 油箱破裂。油箱破裂的主要原因有高壓接線與油箱間或套管轉頭的絕緣層穿破，或從套管下部至油箱或套管轉頭的絕緣層穿破。油箱破裂屬于嚴重缺陷，會導致大量漏油，并造成火勢迅速蔓延。

(4) 變壓器油老化變質引起絕緣擊穿。變壓器常年處于高溫狀態運行，如果油中滲入水分、氧氣、鐵銹、灰塵等雜質，會使變壓器油逐漸老化變質，絕緣性能降低，引起油間隙放電，造成爆炸起火。

綜上分析，設備故障、變壓器油變質是導致油浸式變壓器火災的主要原因。因此，加強巡檢，定期進行預防性檢測維保，規范安裝使用火災探測、變壓器監測等預警手段，可有效預防變壓器火災的發生。

2 火災事故類型與特點

2.1 油浸式變壓器火災類型

按照火災事故的模式和燃燒形式，油浸式變壓器火災事故類型可分為噴射火、油池火、流淌火三類，在實際的油浸式變壓器火災事故中，三種事故類型一般同時存在，給火災撲救帶來了很大困難。

2.2 油浸式變壓器火災特點

(1) 爆炸性。油浸式變壓器為封閉結構，當變壓器運行過程中發生故障，內部絕緣油在高溫狀態下釋放油蒸汽，造成內部氣體膨脹，在失控狀態下易發生爆炸。

(2) 快速性。變壓器本體內部、油枕等儲存大量變壓器油，發生爆炸性火災后，變壓器油在重力作用下，從箱體開裂處向外猛烈噴出，助長火勢蔓延，加快火勢發展。

(3) 破壞性。核電廠變壓器區域建筑及設備較多，包括主變壓器、高壓廠變、高壓備用廠變、輔助變壓器等設備，主變壓器與汽輪機廠房毗鄰建造。當變壓器發生爆炸起火，可能對變壓器本體結構、防火墻、消防設施、毗鄰建筑等造成破壞，火勢一旦蔓延，會進一步增加火災撲救的難度。

(4) 復雜性。由于變壓器火災類型特點，油浸式變壓器油泄漏可能會引發噴射火、油池火、流淌火等復雜形式的燃燒。

油浸式變壓器發生火災后呈現多樣化、不確定性燃燒，火災撲救難度大，危險性高等特點，應根據火勢發展并結合可利用的消防資源，合理制定滅火處置方案，科學施救。

3 消防設計及消防資源配置

3.1 變壓器配置

某核電廠建設1 臺600 MW 汽輪發電機組，配置由3 臺單相主變壓器組成的三相主變壓器組；裝設2 臺70 MVA 高壓備用廠用變壓器、1 臺高壓廠用變壓器和1 臺輔助變壓器。油浸式變壓器油按照GB 2536—2011《電工流體、變壓器和開關用的未使用過的礦物絕緣》規定，采用25 號油。

3.2 變壓器區域消防設計

(1) 火災自動報警系統。主變壓器、高壓廠變、高壓備用廠變及輔助變壓器均設有線型感溫及火焰探測器裝置，并配有工業攝像頭。兩種探測器裝置采用彼此獨立的報警和供電回路，能夠快速探測火災發生并報警。

(2) 固定滅火系統。變壓器區域設置水噴霧滅火系統，并與變壓器保護系統聯動。

(3) 防火分隔。變壓器與各建筑物的最小間距，變壓器之間的最小間距，防火墻長度、高度、耐火等級均滿足GB 50745—2012《核電廠常規島設計防火規范》中相關要求。

3.3 人工消防配備

按照國家消防相關管理規定，建立了人工消防組織，包括運行值二級干預隊、企業專職消防隊，并與地方應急救援機構建立了火災應急增援機制，其中企業專職消防隊是火警響應的主要力量。

4 火災響應與撲救對策

假設某單相主變壓器在運行過程中由于匝間短路導致爆炸起火，少量變壓器油在防火區內流散，并猛烈燃燒，防火分區外部有飛火，固定水噴霧滅火系統未能自動啟動，火勢嚴重威脅相鄰變壓器的安全，現場無人員被困和受傷，核電廠立即啟動火警響應。

4.1 一級干預

當主控室接到火災報警信號，運行人員立即啟動一級干預，通過視頻監控核實變壓器區域是否發生火災，同時通知一級現場操縱員攜帶消防行動卡到場核實：如屬于誤報，則反饋主控室操縱員停止火警響應，并查明誤報原因；如確認火災，立即匯報主控，請求啟動核電廠火警響應，同時在保障自身安全情況下，利用就近的滅火器撲救。

4.2 二級干預

當主控室確認火情信息后立即報警，通知二級干預隊、專職消防隊進行火警響應，同時通知保衛、醫療、維修等人員到場協助，運行值長與操縱員加強監盤，注意火情變化，給予遠程支持。

二級干預隊長接到通知后，立即組織二級干預隊員穿戴個人防護裝備，攜帶消防行動卡，快速到達火場進行火情偵察并匯報主控，在保證自身安全的情況下利用現場配備的滅火器材實施撲救；確認變壓器聯動斷電或向主控請求斷電，并要求啟動固定滅火設施。由于假設固定滅火系統未能自動啟動，在得到主控同意后，其根據消防行動卡的指引，現場手動啟動。

4.3 三級干預

接到報警電話后，專職消防隊立即趕赴火場，組織火災撲救與搶險救援。

(1) 成立火場指揮部，實施統一指揮。專職消防隊到場后立即成立火場指揮部，專職消防隊長擔任火場總指揮，通知運行、保衛、醫療、維修等人員到火場指揮部集合，實施集中調度。

(2) 迅速開展火情偵察。總指揮與二級干預隊長交流，并指派骨干隊員進行火情偵察，確認變壓器是否斷電，固定滅火系統是否啟動，起火部位與火勢蔓延方向，起火變壓器對毗鄰建筑、變壓器的威脅，火場存在的主要風險等信息，作為決策依據。

(3) 戰斗力量部署。按照“先控制、后消滅”的戰術原則，把主要力量部署在火場的主要方面，先對火勢實施控制，防止蔓延擴大，為迅速消滅火災創造有利條件，待增援力量到場后實施總攻滅火。專職消防隊分為3 個戰斗班，攜帶裝備進行部署。

① 二級干預隊啟動對應的固定水噴霧滅火系統，對變壓器進行冷卻降溫，防止發生二次爆炸。當火勢有可能蔓延到相鄰變壓器時，立即聯系主控啟動其固定水噴霧滅火系統，防止發生火勢蔓延。

② 泡沫消防車為主攻車輛，利用室外消火栓供水。首先撲滅防護區內流淌火和爆炸引起的飛火，防止引燃周邊可燃物，造成火勢蔓延。當防護區內流淌火撲滅后，利用泡沫槍出水對著火變壓器進行冷卻降溫，待時機成熟后改用泡沫液實施滅火。

③ 水罐消防車為輔攻車輛，利用室外消火栓供水，用于保護主攻人員和冷卻起火變壓器(假設水噴霧滅火系統未能啟動)。

④ 除消防車外，人員盡可能利用水槍、移動炮等設施對起火變壓器進行冷卻降溫。

⑤ 請求外部支援，實施火場警戒，調運庫存泡沫液、消防水帶、空氣呼吸器等消防器材裝備到場支援。

4.4 四級干預

地方消防應急救援隊伍在四級干預啟動時協助開展滅火救援和搶險救災活動。

(1) 地方消防應急救援隊到場后，由其最高指揮員擔任火場總指揮，專職消防隊長擔任副總指揮，響應人員配合實施滅火行動。核應急響應情況下，火場指揮部聽從核電廠應急指揮部下達的指令。

(2) 綜合現場救援力量，重新進行戰斗部署，以泡沫消防車為主攻車輛，利用車載泡沫炮進行主攻；水罐消防車為輔攻車輛，為主攻車輛供水并對起火變壓器和相鄰變壓器進行冷卻降溫。

(3) 響應人員調運充足的泡沫液等滅火器材，做好總攻準備。

(4) 選擇合理的滅火方式，假設變壓器已爆炸并出現裂口，只要對變壓器本體保持充分冷卻，火勢一般呈現穩定燃燒狀態，不會產生二次爆炸，可擇機從開裂口處灌注泡沫液進行滅火；假設爆炸造成的開裂口較小，內部燃燒不充分，可能導致變壓器內部壓力增高造成二次爆炸，此時應加強變壓器本體的冷卻降溫，在條件允許時對變壓器進行排油，或破拆后灌注泡沫液實施滅火。

4.5 火災撲救中的注意事項

(1) 貫徹“先斷電，后滅火；先控制，后消滅”的戰術原則，優先啟用固定滅火系統，火勢較大時啟動相鄰變壓器的水噴霧滅火系統進行冷卻降溫，防止火勢蔓延。

(2) 滅火人員應加強個人防護，內攻近戰人員穿戴隔熱服、佩戴空氣呼吸器，進入火場時應注意觀察周圍情況，保障自身安全，注意撤退路線。

(3) 火場指揮員要隨時觀察、判斷火場情況，識別潛在的各種險情變化，及時調整滅火戰術，避免人員傷亡。

(4) 加強消防水、泡沫液等滅火劑的儲備與供應。根據火勢發展，及時請求外部增援力量。

(5) 大力協同，配合做好運行技術支持、火場通信、醫療急救、交通管制等后勤保障工作，確?；馂膿渚裙ぷ鞯挠行蜷_展。

5 結束語

油浸式變壓器在核電廠運行系統中有著十分重要的作用，是核電廠消防重點保護設備之一，其運行安全一直受到較高關注，但是由于其內部結構、儲存介質的特殊性，火災事故時有發生。通過規范變壓器消防設施的設計、安裝，加強運行期間變壓器的預防性檢測和維修，是降低其火災發生率的有效手段；提高火災探測系統、固定滅火系統的可靠性，加強消防應急救援力量建設和應急演練，快速有效地響應和科學合理的火災撲救對策，是快速控制和撲滅油浸式變壓器火災，降低火災損失的有力保障。