大亞灣核電基地變壓器的火災預想與消防運行研究

程友傳　李純賀

【摘 要】本文分析了核電廠典型的變壓器火災模式，并針對其特點從設計、建造、運行和維護需求出發(fā)，分析和評價變壓器的火災風險以及消防措施。同時，結合大亞灣核電廠和嶺澳核電廠變壓器的消防現(xiàn)實情況，提出消防運行建議。

【關鍵詞】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號機組主變B相（12UBF）變壓器發(fā)生爆炸并引發(fā)火災。引起國內(nèi)外公眾及輿論的關注，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)帶來負面影響。由此可見，主變壓器的火災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)設備可靠性，保證核電安全方面出發(fā)，進行一些分析和探討。

1 主變壓器火災的可能原因分析

作為一種非罕見的設備火災，外部的很多研究認為。變壓器火災主要是礦物油火災，人們通常認為其主要原因是油箱破裂。這種假設并不正確，特別是當電壓電平低于 300kV 時，70%至80%的變壓器火災是由油浸紙?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]變壓器火災原因總體可以總結為絕緣損壞、接觸不良、過電壓、過電流等。[2]但是從實際意思角度出發(fā)，這些分析較為宏觀，并不能是預防具有針對性。根據(jù)多年的運行經(jīng)驗和分析，大亞灣和嶺澳核電廠主變壓器油的火災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降低；

3）受高溫或電弧作用能分解出可燃氣體，受潮和老化后會出現(xiàn)沉淀、酸和水，降低絕緣強度。

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一步擴大火災。

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?，也有可能是幾種因素共同作用的結果。實踐和教訓表明，在核電廠消防管理上，應全面地考慮到各種事故的嚴重情況，從設計、設備制造、布置、運行管理以及消防設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

應正確選擇變壓器的容量，以防止變壓器長期過載運行，造成火災爆炸事故。

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

2.2 變壓器具有良好的散熱運行條件

正確選擇變壓器的冷卻油量，保障變壓器的散熱能力，變壓器運行中的熱量靠變壓器油對流換熱。主變壓器冷卻風扇的啟、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行；當主變壓器壓器不通電時，“STAGE 1”的冷卻器會自動停運。

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。當變壓器的繞組溫度達到預定值80℃時自動啟動的，低于68℃時停運。

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

4）任一運行中冷卻單元泵或風扇電機過載保護動作，會導致該冷卻單元停運。

2.3 變壓器安裝防火設計的原則

1）變壓器的安裝應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、主變壓器與汽機廠房之間均不能滿足防火間距要求，其間應設防火墻，防火墻的耐火極限小于4h，防火墻的高度高于油枕，其長度不應小于變壓器貯油池兩側各1m。

2）設置防火墻將影響變壓器的通風及散熱，考慮到變壓器散熱、運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）當屋外單臺油量為1000kg以上的電氣設備，應設置貯油或擋油設施。擋油設施的容積宜按油量的20%設計，并應設置將事故油排至安全處的設施。當不能滿足上述要求時，應設置能容納全部油量的貯油設施。

4）當設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）貯油或擋油設施應大于變壓器外廓每邊各1m。

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

2.4 變壓器的運行管理

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

1）變壓器的所有保護裝置應完好，動作準確。根據(jù)變壓器容量大小、電壓等級以及變壓器運行狀態(tài)，設有差動保護、溫度保護、低電壓保護、過電壓保護，瓦斯保護和過負荷保護等保護裝置。

2）變壓器跳閘后，應立即查明原因，如綜合判斷證明變壓器跳閘不是由于內(nèi)部故障所引起，可重新投入運行；若變壓器有內(nèi)部故障的征象時，應作進一步檢查。變壓器跳閘后，應立即停油泵。變壓器著火時，應立即斷開電源，停運冷卻器，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)的設計

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

3 建議和總結

結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）要求在檢修后重點檢查瓷套管，認真謹慎做好數(shù)據(jù)的核實。將瓷套管檢查工作當作為防火安全工作重點檢查的對象。

2）變壓器的安裝應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、主變壓器與汽機廠房之間均不能滿足防火間距要求。其間應設防火墻，防火墻的耐火極限小于4小時，防火墻的高度高于油枕，其長度不應小于變壓器貯油池兩側各1m。

3）從日前田灣核電廠主變壓器的火災經(jīng)驗反饋表明，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）加強變壓器的運行管理（特別是FOI臨時指令管理），細心地做好監(jiān)視、檢查，記錄工作，認真分析異常情況，果斷地處理，化學和電氣定期取樣分析。

5）加強對主變壓器消防的培訓：

（1）進行事故預想和準備；

（2）消防培訓時重點提出。

根據(jù)“縱深防御”的指導思想，從核電廠的設計、建造、運行和維護需求出發(fā)，識別系統(tǒng)火災爆炸因素，分析和評價發(fā)生火災爆炸的可能性，根據(jù)其結果采取相應的措施，預防火災爆炸事故的發(fā)生，從防火安全的角度保障核安全，使核電廠火災爆炸所造成的損失減少到最低程度，達到最佳消防安全狀態(tài)和經(jīng)濟效益。

【參考文獻】

[1]辨析變壓器火災風險與幾率[J].供用電，2014，06.

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

[責任編輯：楊玉潔]