核电厂油浸式变压器火灾风险及扑救对策探讨

窦元梁，孙宝承

(1.霞浦核电有限公司，福建 宁德 355100；2.苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004)

0 引言

对于核电厂而言，因其涉核的特殊性，发生火灾的危害远比一般火灾大而备受广泛关注。核电厂火灾类型以B 类与C 类为主，其中B 类火灾是由设备使用的润滑油以及发电设备使用的燃料油引起的，一旦发生火灾，极易造成重大损失，比如近年来国内核电厂发生的多起油浸式主变压器火灾，均造成了严重的经济损失和社会影响。

目前油浸式变压器火灾的防范从设计、制造、安装、调试与运行阶段都形成了一定的标准，但由于设备故障、运行维护水平、环境因素等多方面影响，油浸式变压器火灾事故依然时有发生。为预防和减少核电厂油浸式变压器火灾的发生，在分析油浸式变压器火灾产生原因、风险及事故特点的基础上，结合某核电厂油浸式主变压器消防设计和资源配置情况，对核电厂油浸式主变压器火灾预防、火警响应与扑救对策进行探讨。

1 火灾原因

核电厂采用的油浸式主变压器是以油作为变压器主要绝缘手段，并依靠油作冷却介质，如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷及强迫油循环等，主要部件有铁心、绕组、油箱、油枕、呼吸器、防爆管(压力释放阀)、散热器、绝缘套管、分接开关等。在运行过程中，导致变压器发生火灾的主要原因如下。

(1) 油浸式套管火灾。这是最有可能引发变压器火灾的原因之一。油浸式套管大都采用预应力中心管设计，套管内的绝缘层承受较高应力，一旦油浸式套管内出现闪络，极有可能引发爆炸、产生空气电弧、漏油及重大火灾。

(2) 电缆故障。充气或充油式电缆箱内出现的电缆终端故障引发变压器火灾的可能性也较大。电缆终端上或其内部出现闪络时，电弧产生的压力使电缆箱爆裂，引燃电缆箱内部或其附近的油体，储油器或主油箱的溢油将使火情持续甚至加重。

(3) 油箱破裂。油箱破裂的主要原因有高压接线与油箱间或套管转头的绝缘层穿破，或从套管下部至油箱或套管转头的绝缘层穿破。油箱破裂属于严重缺陷，会导致大量漏油，并造成火势迅速蔓延。

(4) 变压器油老化变质引起绝缘击穿。变压器常年处于高温状态运行，如果油中渗入水分、氧气、铁锈、灰尘等杂质，会使变压器油逐渐老化变质，绝缘性能降低，引起油间隙放电，造成爆炸起火。

综上分析，设备故障、变压器油变质是导致油浸式变压器火灾的主要原因。因此，加强巡检，定期进行预防性检测维保，规范安装使用火灾探测、变压器监测等预警手段，可有效预防变压器火灾的发生。

2 火灾事故类型与特点

2.1 油浸式变压器火灾类型

按照火灾事故的模式和燃烧形式，油浸式变压器火灾事故类型可分为喷射火、油池火、流淌火三类，在实际的油浸式变压器火灾事故中，三种事故类型一般同时存在，给火灾扑救带来了很大困难。

2.2 油浸式变压器火灾特点

(1) 爆炸性。油浸式变压器为封闭结构，当变压器运行过程中发生故障，内部绝缘油在高温状态下释放油蒸汽，造成内部气体膨胀，在失控状态下易发生爆炸。

(2) 快速性。变压器本体内部、油枕等储存大量变压器油，发生爆炸性火灾后，变压器油在重力作用下，从箱体开裂处向外猛烈喷出，助长火势蔓延，加快火势发展。

(3) 破坏性。核电厂变压器区域建筑及设备较多，包括主变压器、高压厂变、高压备用厂变、辅助变压器等设备，主变压器与汽轮机厂房毗邻建造。当变压器发生爆炸起火，可能对变压器本体结构、防火墙、消防设施、毗邻建筑等造成破坏，火势一旦蔓延，会进一步增加火灾扑救的难度。

(4) 复杂性。由于变压器火灾类型特点，油浸式变压器油泄漏可能会引发喷射火、油池火、流淌火等复杂形式的燃烧。

油浸式变压器发生火灾后呈现多样化、不确定性燃烧，火灾扑救难度大，危险性高等特点，应根据火势发展并结合可利用的消防资源，合理制定灭火处置方案，科学施救。

3 消防设计及消防资源配置

3.1 变压器配置

某核电厂建设1 台600 MW 汽轮发电机组，配置由3 台单相主变压器组成的三相主变压器组；装设2 台70 MVA 高压备用厂用变压器、1 台高压厂用变压器和1 台辅助变压器。油浸式变压器油按照GB 2536—2011《电工流体、变压器和开关用的未使用过的矿物绝缘》规定，采用25 号油。

3.2 变压器区域消防设计

(1) 火灾自动报警系统。主变压器、高压厂变、高压备用厂变及辅助变压器均设有线型感温及火焰探测器装置，并配有工业摄像头。两种探测器装置采用彼此独立的报警和供电回路，能够快速探测火灾发生并报警。

(2) 固定灭火系统。变压器区域设置水喷雾灭火系统，并与变压器保护系统联动。

(3) 防火分隔。变压器与各建筑物的最小间距，变压器之间的最小间距，防火墙长度、高度、耐火等级均满足GB 50745—2012《核电厂常规岛设计防火规范》中相关要求。

3.3 人工消防配备

按照国家消防相关管理规定，建立了人工消防组织，包括运行值二级干预队、企业专职消防队，并与地方应急救援机构建立了火灾应急增援机制，其中企业专职消防队是火警响应的主要力量。

4 火灾响应与扑救对策

假设某单相主变压器在运行过程中由于匝间短路导致爆炸起火，少量变压器油在防火区内流散，并猛烈燃烧，防火分区外部有飞火，固定水喷雾灭火系统未能自动启动，火势严重威胁相邻变压器的安全，现场无人员被困和受伤，核电厂立即启动火警响应。

4.1 一级干预

当主控室接到火灾报警信号，运行人员立即启动一级干预，通过视频监控核实变压器区域是否发生火灾，同时通知一级现场操纵员携带消防行动卡到场核实：如属于误报，则反馈主控室操纵员停止火警响应，并查明误报原因；如确认火灾，立即汇报主控，请求启动核电厂火警响应，同时在保障自身安全情况下，利用就近的灭火器扑救。

4.2 二级干预

当主控室确认火情信息后立即报警，通知二级干预队、专职消防队进行火警响应，同时通知保卫、医疗、维修等人员到场协助，运行值长与操纵员加强监盘，注意火情变化，给予远程支持。

二级干预队长接到通知后，立即组织二级干预队员穿戴个人防护装备，携带消防行动卡，快速到达火场进行火情侦察并汇报主控，在保证自身安全的情况下利用现场配备的灭火器材实施扑救；确认变压器联动断电或向主控请求断电，并要求启动固定灭火设施。由于假设固定灭火系统未能自动启动，在得到主控同意后，其根据消防行动卡的指引，现场手动启动。

4.3 三级干预

接到报警电话后，专职消防队立即赶赴火场，组织火灾扑救与抢险救援。

(1) 成立火场指挥部，实施统一指挥。专职消防队到场后立即成立火场指挥部，专职消防队长担任火场总指挥，通知运行、保卫、医疗、维修等人员到火场指挥部集合，实施集中调度。

(2) 迅速开展火情侦察。总指挥与二级干预队长交流，并指派骨干队员进行火情侦察，确认变压器是否断电，固定灭火系统是否启动，起火部位与火势蔓延方向，起火变压器对毗邻建筑、变压器的威胁，火场存在的主要风险等信息，作为决策依据。

(3) 战斗力量部署。按照“先控制、后消灭”的战术原则，把主要力量部署在火场的主要方面，先对火势实施控制，防止蔓延扩大，为迅速消灭火灾创造有利条件，待增援力量到场后实施总攻灭火。专职消防队分为3 个战斗班，携带装备进行部署。

① 二级干预队启动对应的固定水喷雾灭火系统，对变压器进行冷却降温，防止发生二次爆炸。当火势有可能蔓延到相邻变压器时，立即联系主控启动其固定水喷雾灭火系统，防止发生火势蔓延。

② 泡沫消防车为主攻车辆，利用室外消火栓供水。首先扑灭防护区内流淌火和爆炸引起的飞火，防止引燃周边可燃物，造成火势蔓延。当防护区内流淌火扑灭后，利用泡沫枪出水对着火变压器进行冷却降温，待时机成熟后改用泡沫液实施灭火。

③ 水罐消防车为辅攻车辆，利用室外消火栓供水，用于保护主攻人员和冷却起火变压器(假设水喷雾灭火系统未能启动)。

④ 除消防车外，人员尽可能利用水枪、移动炮等设施对起火变压器进行冷却降温。

⑤ 请求外部支援，实施火场警戒，调运库存泡沫液、消防水带、空气呼吸器等消防器材装备到场支援。

4.4 四级干预

地方消防应急救援队伍在四级干预启动时协助开展灭火救援和抢险救灾活动。

(1) 地方消防应急救援队到场后，由其最高指挥员担任火场总指挥，专职消防队长担任副总指挥，响应人员配合实施灭火行动。核应急响应情况下，火场指挥部听从核电厂应急指挥部下达的指令。

(2) 综合现场救援力量，重新进行战斗部署，以泡沫消防车为主攻车辆，利用车载泡沫炮进行主攻；水罐消防车为辅攻车辆，为主攻车辆供水并对起火变压器和相邻变压器进行冷却降温。

(3) 响应人员调运充足的泡沫液等灭火器材，做好总攻准备。

(4) 选择合理的灭火方式，假设变压器已爆炸并出现裂口，只要对变压器本体保持充分冷却，火势一般呈现稳定燃烧状态，不会产生二次爆炸，可择机从开裂口处灌注泡沫液进行灭火；假设爆炸造成的开裂口较小，内部燃烧不充分，可能导致变压器内部压力增高造成二次爆炸，此时应加强变压器本体的冷却降温，在条件允许时对变压器进行排油，或破拆后灌注泡沫液实施灭火。

4.5 火灾扑救中的注意事项

(1) 贯彻“先断电，后灭火；先控制，后消灭”的战术原则，优先启用固定灭火系统，火势较大时启动相邻变压器的水喷雾灭火系统进行冷却降温，防止火势蔓延。

(2) 灭火人员应加强个人防护，内攻近战人员穿戴隔热服、佩戴空气呼吸器，进入火场时应注意观察周围情况，保障自身安全，注意撤退路线。

(3) 火场指挥员要随时观察、判断火场情况，识别潜在的各种险情变化，及时调整灭火战术，避免人员伤亡。

(4) 加强消防水、泡沫液等灭火剂的储备与供应。根据火势发展，及时请求外部增援力量。

(5) 大力协同，配合做好运行技术支持、火场通信、医疗急救、交通管制等后勤保障工作，确保火灾扑救工作的有序开展。

5 结束语

油浸式变压器在核电厂运行系统中有着十分重要的作用，是核电厂消防重点保护设备之一，其运行安全一直受到较高关注，但是由于其内部结构、储存介质的特殊性，火灾事故时有发生。通过规范变压器消防设施的设计、安装，加强运行期间变压器的预防性检测和维修，是降低其火灾发生率的有效手段；提高火灾探测系统、固定灭火系统的可靠性，加强消防应急救援力量建设和应急演练，快速有效地响应和科学合理的火灾扑救对策，是快速控制和扑灭油浸式变压器火灾，降低火灾损失的有力保障。