大亚湾核电基地变压器的火灾预想与消防运行研究

程友传　李纯贺

【摘 要】本文分析了核电厂典型的变压器火灾模式，并针对其特点从设计、建造、运行和维护需求出发，分析和评价变压器的火灾风险以及消防措施。同时，结合大亚湾核电厂和岭澳核电厂变压器的消防现实情况，提出消防运行建议。

【关键词】核电；消防；变压器；安全可靠

0 前言

8月26日17时32分左右，位于连云港市境内的某核电站1号机组主变B相（12UBF）变压器发生爆炸并引发火灾。引起国内外公众及舆论的关注，甚至被国外媒体误传为核电厂爆炸，为该电厂乃至整个核电行业带来负面影响。由此可见，主变压器的火灾是核电厂消防管理和研究工作的一个重要课题，本文尝试从提高大亚湾核电基地变压器的消防系统设备可靠性，保证核电安全方面出发，进行一些分析和探讨。

1 主变压器火灾的可能原因分析

作为一种非罕见的设备火灾，外部的很多研究认为。变压器火灾主要是矿物油火灾，人们通常认为其主要原因是油箱破裂。这种假设并不正确，特别是当电压电平低于 300kV 时，70%至80%的变压器火灾是由油浸纸套管故障以及充气绝缘电缆箱或充油绝缘电缆箱故障引起的。[1]变压器火灾原因总体可以总结为绝缘损坏、接触不良、过电压、过电流等。[2]但是从实际意思角度出发，这些分析较为宏观，并不能是预防具有针对性。根据多年的运行经验和分析，大亚湾和岭澳核电厂主变压器油的火灾危险性有以下几个因素：

1）油量大和易燃烧；

2）变压器油中存在固有的放电现象，这可能造成油的闪点降低；

3）受高温或电弧作用能分解出可燃气体，受潮和老化后会出现沉淀、酸和水，降低绝缘强度。

如果有上述这些因素的存在，再加之可燃的绝缘材料和变压器油在高温和电弧的作用下被分解，放出大量的气体，变压器内部一旦发生严重过载、短路等事故，就有可能造成外壳爆裂，大量的油喷出燃烧，而燃烧的油流淌会进一步扩大火灾。

2 主变压器的防火措施

变压器油箱爆裂起火，可能是单一的原因导致的，也有可能是几种因素共同作用的结果。实践和教训表明，在核电厂消防管理上，应全面地考虑到各种事故的严重情况，从设计、设备制造、布置、运行管理以及消防设施配备等几个方面采取纵深防范措施。

2.1 正确选择主变压器压器容量

应正确选择变压器的容量，以防止变压器长期过载运行，造成火灾爆炸事故。

岭澳一期核电站984MW的发电机组，分别经1134MVA主变压器组按单元接线方式接至500KV开关站向电网供电，主变压器组由3台375MVA的单相变压器组成，主变压器组低压侧采用分相封闭母线经负荷开关与发电机出线端子相接，高压侧出线套管为油/SF6型料电容式，套管出线经出线电缆（SF6气体作绝缘材料）与主开关站相连。

2.2 变压器具有良好的散热运行条件

正确选择变压器的冷却油量，保障变压器的散热能力，变压器运行中的热量靠变压器油对流换热。主变压器冷却风扇的启、停信号：

1）主变压器压器通电后，处于“STATE 1”方式的冷却单元一直在运行；当主变压器压器不通电时，“STAGE 1”的冷却器会自动停运。

2）处于“STAGE 2”方式的冷却单元是靠主变压器绕组温度来启停的。当变压器的绕组温度达到预定值80℃时自动启动的，低于68℃时停运。

3）将处于运行状态的冷却单元放置“OFF”状态时，该单元将停运。

4）任一运行中冷却单元泵或风扇电机过载保护动作，会导致该冷却单元停运。

2.3 变压器安装防火设计的原则

1）变压器的安装应符合防火间距的要求。岭澳一期核电厂和大亚湾核电厂主变压器与主变压器之间、主变压器与汽机厂房之间均不能满足防火间距要求，其间应设防火墙，防火墙的耐火极限小于4h，防火墙的高度高于油枕，其长度不应小于变压器贮油池两侧各1m。

2）设置防火墙将影响变压器的通风及散热，考虑到变压器散热、运行维修方便及事故时灭火的需要，防火墙离变压器外廓距离，以不小于2m为宜。

3）当屋外单台油量为1000kg以上的电气设备，应设置贮油或挡油设施。挡油设施的容积宜按油量的20%设计，并应设置将事故油排至安全处的设施。当不能满足上述要求时，应设置能容纳全部油量的贮油设施。

4）当设置有油水分离措施的总事故贮油池时，其容量宜按最大一个油箱容量的60%确定。

5）贮油或挡油设施应大于变压器外廓每边各1m。

6）贮油设施内应铺设卵石层，其厚度不应小于250mm，卵石直径宜为50-80mm。若当地无卵石，也可采用无孔碎石。

2.4 变压器的运行管理

加强变压器的运行管理，细心地做好监视、检查，记录工作，认真分析异常情况，果断地处理，化学和电气定期取样分析。除此要求之外，还注意下列的要求：

1）变压器的所有保护装置应完好，动作准确。根据变压器容量大小、电压等级以及变压器运行状态，设有差动保护、温度保护、低电压保护、过电压保护，瓦斯保护和过负荷保护等保护装置。

2）变压器跳闸后，应立即查明原因，如综合判断证明变压器跳闸不是由于内部故障所引起，可重新投入运行；若变压器有内部故障的征象时，应作进一步检查。变压器跳闸后，应立即停油泵。变压器着火时，应立即断开电源，停运冷却器，并迅速采取灭火措施，防止火势蔓延。

2.5 变压器灭火系统的设计

如表1所示，变压器设置包络线水喷雾系统，避免立体火灾的形成，防止变压器爆炸后使上层喷雾管网失效。

3 建议和总结

结合大亚湾核电基地变压器的现状，从提高大亚湾核电基地变压器的消防系统设备可靠性，保证核电安全方面出发，提出以下建议。

1）要求在检修后重点检查瓷套管，认真谨慎做好数据的核实。将瓷套管检查工作当作为防火安全工作重点检查的对象。

2）变压器的安装应符合防火间距的要求。岭澳核电厂和大亚湾核电厂主变压器各相之间、主变压器与汽机厂房之间均不能满足防火间距要求。其间应设防火墙，防火墙的耐火极限小于4小时，防火墙的高度高于油枕，其长度不应小于变压器贮油池两侧各1m。

3）从日前田湾核电厂主变压器的火灾经验反馈表明，固定消防管道布置不合理，建议分两个支路或者重新布置消防管道。

4）加强变压器的运行管理（特别是FOI临时指令管理），细心地做好监视、检查，记录工作，认真分析异常情况，果断地处理，化学和电气定期取样分析。

5）加强对主变压器消防的培训：

（1）进行事故预想和准备；

（2）消防培训时重点提出。

根据“纵深防御”的指导思想，从核电厂的设计、建造、运行和维护需求出发，识别系统火灾爆炸因素，分析和评价发生火灾爆炸的可能性，根据其结果采取相应的措施，预防火灾爆炸事故的发生，从防火安全的角度保障核安全，使核电厂火灾爆炸所造成的损失减少到最低程度，达到最佳消防安全状态和经济效益。

【参考文献】

[1]辨析变压器火灾风险与几率[J].供用电，2014，06.

[2]变压器火灾事故成因及预防措施[C]//第四届吉林安全生产论坛论文集. 2011，7.

[责任编辑：杨玉洁]