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(fā)生火災(zāi)的危害遠(yuǎn)比一般火災(zāi)大而備受廣泛關(guān)注。核電廠火災(zāi)類型以B 類與C 類為主，其中B 類火災(zāi)是由設(shè)備使用的潤滑油以及發(fā)電設(shè)備使用的燃料油引起的，一旦發(fā)生火災(zāi)，極易造成重大損失，比如近年來國內(nèi)核電廠發(fā)生的多起油浸式主變壓器火災(zāi)，均造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響。

目前油浸式變壓器火災(zāi)的防范從設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試與運行階段都形成了一定的標(biāo)準(zhǔn)，但由于設(shè)備故障、運行維護(hù)水平、環(huán)境因素等多方面影響，油浸式變壓器火災(zāi)事故依然時有發(fā)生。為預(yù)防和減少核電廠油浸式變壓器火災(zāi)的發(fā)生，在分析油浸式變壓器火災(zāi)產(chǎn)生原因、風(fēng)險及事故特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合某核電廠油浸式主變壓器消防設(shè)計和資源配置情況，對核電廠油浸式主變壓器火災(zāi)預(yù)防、火警響應(yīng)與撲救對策進(jìn)行探討。

1 火災(zāi)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(zhì)，如油浸自冷、油浸風(fēng)冷、油浸水冷及強迫油循環(huán)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(guān)等。在運行過程中，導(dǎo)致變壓器發(fā)生火災(zāi)的主要原因如下。

(1) 油浸式套管火災(zāi)。這是最有可能引發(fā)變壓器火災(zāi)的原因之一。油浸式套管大都采用預(yù)應(yīng)力中心管設(shè)計，套管內(nèi)的絕緣層承受較高應(yīng)力，一旦油浸式套管內(nèi)出現(xiàn)閃絡(luò)，極有可能引發(fā)爆炸、產(chǎn)生空氣電弧、漏油及重大火災(zāi)。

(2) 電纜故障。充氣或充油式電纜箱內(nèi)出現(xiàn)的電纜終端故障引發(fā)變壓器火災(zāi)的可能性也較大。電纜終端上或其內(nèi)部出現(xiàn)閃絡(luò)時，電弧產(chǎn)生的壓力使電纜箱爆裂，引燃電纜箱內(nèi)部或其附近的油體，儲油器或主油箱的溢油將使火情持續(xù)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(zhuǎn)頭的絕緣層穿破，或從套管下部至油箱或套管轉(zhuǎn)頭的絕緣層穿破。油箱破裂屬于嚴(yán)重缺陷，會導(dǎo)致大量漏油，并造成火勢迅速蔓延。

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

綜上分析，設(shè)備故障、變壓器油變質(zhì)是導(dǎo)致油浸式變壓器火災(zāi)的主要原因。因此，加強巡檢，定期進(jìn)行預(yù)防性檢測維保，規(guī)范安裝使用火災(zāi)探測、變壓器監(jiān)測等預(yù)警手段，可有效預(yù)防變壓器火災(zāi)的發(fā)生。

2 火災(zāi)事故類型與特點

2.1 油浸式變壓器火災(zāi)類型

按照火災(zāi)事故的模式和燃燒形式，油浸式變壓器火災(zāi)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(zāi)事故中，三種事故類型一般同時存在，給火災(zāi)撲救帶來了很大困難。

2.2 油浸式變壓器火災(zāi)特點

(1) 爆炸性。油浸式變壓器為封閉結(jié)構(gòu)，當(dāng)變壓器運行過程中發(fā)生故障，內(nèi)部絕緣油在高溫狀態(tài)下釋放油蒸汽，造成內(nèi)部氣體膨脹，在失控狀態(tài)下易發(fā)生爆炸。

(2) 快速性。變壓器本體內(nèi)部、油枕等儲存大量變壓器油，發(fā)生爆炸性火災(zāi)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(fā)展。

(3) 破壞性。核電廠變壓器區(qū)域建筑及設(shè)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(shè)備，主變壓器與汽輪機廠房毗鄰建造。當(dāng)變壓器發(fā)生爆炸起火，可能對變壓器本體結(jié)構(gòu)、防火墻、消防設(shè)施、毗鄰建筑等造成破壞，火勢一旦蔓延，會進(jìn)一步增加火災(zāi)撲救的難度。

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

油浸式變壓器發(fā)生火災(zāi)后呈現(xiàn)多樣化、不確定性燃燒，火災(zāi)撲救難度大，危險性高等特點，應(yīng)根據(jù)火勢發(fā)展并結(jié)合可利用的消防資源，合理制定滅火處置方案，科學(xué)施救。

3 消防設(shè)計及消防資源配置

3.1 變壓器配置

某核電廠建設(shè)1 臺600 MW 汽輪發(fā)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(shè)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(guān)用的未使用過的礦物絕緣》規(guī)定，采用25 號油。

3.2 變壓器區(qū)域消防設(shè)計

(1) 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。主變壓器、高壓廠變、高壓備用廠變及輔助變壓器均設(shè)有線型感溫及火焰探測器裝置，并配有工業(yè)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(zāi)發(fā)生并報警。

(2) 固定滅火系統(tǒng)。變壓器區(qū)域設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)，并與變壓器保護(hù)系統(tǒng)聯(lián)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(guī)島設(shè)計防火規(guī)范》中相關(guān)要求。

3.3 人工消防配備

按照國家消防相關(guān)管理規(guī)定，建立了人工消防組織，包括運行值二級干預(yù)隊、企業(yè)專職消防隊，并與地方應(yīng)急救援機構(gòu)建立了火災(zāi)應(yīng)急增援機制，其中企業(yè)專職消防隊是火警響應(yīng)的主要力量。

4 火災(zāi)響應(yīng)與撲救對策

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

4.1 一級干預(yù)

當(dāng)主控室接到火災(zāi)報警信號，運行人員立即啟動一級干預(yù)，通過視頻監(jiān)控核實變壓器區(qū)域是否發(fā)生火災(zāi)，同時通知一級現(xiàn)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(yīng)，并查明誤報原因；如確認(rèn)火災(zāi)，立即匯報主控，請求啟動核電廠火警響應(yīng)，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(yù)

當(dāng)主控室確認(rèn)火情信息后立即報警，通知二級干預(yù)隊、專職消防隊進(jìn)行火警響應(yīng)，同時通知保衛(wèi)、醫(yī)療、維修等人員到場協(xié)助，運行值長與操縱員加強監(jiān)盤，注意火情變化，給予遠(yuǎn)程支持。

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

4.3 三級干預(yù)

接到報警電話后，專職消防隊立即趕赴火場，組織火災(zāi)撲救與搶險救援。

(1) 成立火場指揮部，實施統(tǒng)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(dān)任火場總指揮，通知運行、保衛(wèi)、醫(yī)療、維修等人員到火場指揮部集合，實施集中調(diào)度。

(2) 迅速開展火情偵察?？傊笓]與二級干預(yù)隊長交流，并指派骨干隊員進(jìn)行火情偵察，確認(rèn)變壓器是否斷電，固定滅火系統(tǒng)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(fēng)險等信息，作為決策依據(jù)。

(3) 戰(zhàn)斗力量部署。按照“先控制、后消滅”的戰(zhàn)術(shù)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(kuò)大，為迅速消滅火災(zāi)創(chuàng)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(zhàn)斗班，攜帶裝備進(jìn)行部署。

① 二級干預(yù)隊啟動對應(yīng)的固定水噴霧滅火系統(tǒng)，對變壓器進(jìn)行冷卻降溫，防止發(fā)生二次爆炸。當(dāng)火勢有可能蔓延到相鄰變壓器時，立即聯(lián)系主控啟動其固定水噴霧滅火系統(tǒng)，防止發(fā)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(hù)區(qū)內(nèi)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(dāng)防護(hù)區(qū)內(nèi)流淌火撲滅后，利用泡沫槍出水對著火變壓器進(jìn)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(hù)主攻人員和冷卻起火變壓器(假設(shè)水噴霧滅火系統(tǒng)未能啟動)。

④ 除消防車外，人員盡可能利用水槍、移動炮等設(shè)施對起火變壓器進(jìn)行冷卻降溫。

⑤ 請求外部支援，實施火場警戒，調(diào)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(yù)

地方消防應(yīng)急救援隊伍在四級干預(yù)啟動時協(xié)助開展滅火救援和搶險救災(zāi)活動。

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

(2) 綜合現(xiàn)場救援力量，重新進(jìn)行戰(zhàn)斗部署，以泡沫消防車為主攻車輛，利用車載泡沫炮進(jìn)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(jìn)行冷卻降溫。

(3) 響應(yīng)人員調(diào)運充足的泡沫液等滅火器材，做好總攻準(zhǔn)備。

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

4.5 火災(zāi)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(zhàn)術(shù)原則，優(yōu)先啟用固定滅火系統(tǒng)，火勢較大時啟動相鄰變壓器的水噴霧滅火系統(tǒng)進(jìn)行冷卻降溫，防止火勢蔓延。

(2) 滅火人員應(yīng)加強個人防護(hù)，內(nèi)攻近戰(zhàn)人員穿戴隔熱服、佩戴空氣呼吸器，進(jìn)入火場時應(yīng)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(diào)整滅火戰(zhàn)術(shù)，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(yīng)。根據(jù)火勢發(fā)展，及時請求外部增援力量。

(5) 大力協(xié)同，配合做好運行技術(shù)支持、火場通信、醫(yī)療急救、交通管制等后勤保障工作，確保火災(zāi)撲救工作的有序開展。

5 結(jié)束語

油浸式變壓器在核電廠運行系統(tǒng)中有著十分重要的作用，是核電廠消防重點保護(hù)設(shè)備之一，其運行安全一直受到較高關(guān)注，但是由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、儲存介質(zhì)的特殊性，火災(zāi)事故時有發(fā)生。通過規(guī)范變壓器消防設(shè)施的設(shè)計、安裝，加強運行期間變壓器的預(yù)防性檢測和維修，是降低其火災(zāi)發(fā)生率的有效手段；提高火災(zāi)探測系統(tǒng)、固定滅火系統(tǒng)的可靠性，加強消防應(yīng)急救援力量建設(shè)和應(yīng)急演練，快速有效地響應(yīng)和科學(xué)合理的火災(zāi)撲救對策，是快速控制和撲滅油浸式變壓器火災(zāi)，降低火災(zāi)損失的有力保障。