CC BY
42
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
0. В. Килимник
старший инженер 0А0 "Институт Энергосетьпроект", Департамент анализа аварийности электрических сетей (ДААЭС)
УДК 614.835.3
ДЕКЛАРАЦИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ НА ПРИМЕРЕ ПС 500 кВ КАСКАДНАЯ
В рамках Федерального закона РФ от 22.07.2008 г. № 123-ФЭ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности" в статье предлагается подход к разработке декларации пожарной безопасности с учетом особенностей энергетических объектов и возникающих на них опасностей. Определяются пожарные риски по существующим методикам на примере проектируемой подстанции 500 кВ Каскадная.
Ключевые слова: декларация пожарной безопасности, маслонаполненное электрооборудование, индивидуальный риск.
В целях обеспечения пожарной безопасности в рамках исполнения приказа МЧС России от 24.02.2009 г. № 91, Федерального закона РФ от 22.07.2008 г. № 12Э-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности", а также приказа ОАО "ФСК ЕЭС" от 17.04.2009 г. № 141 предусмотрена декларация пожарной безопасности производственных объектов (зданий, сооружений, строений). Согласно нормам "Технического регламента о требованиях пожарной безопасности" юридические лица — собственники объектов должны в уведомительном порядке до ввода в эксплуатацию объекта подавать декларацию пожарной безопасности. Этот документ представляется в Федеральную противопожарную службу. Он составляется, в частности, в отношении всех объектов, для которых законом предусмотрено проведение государственной экспертизы проектной документации. Это практически все объекты капитального строительства, за исключением перечисленных в п. 2 ст. 49 Градостроительного кодекса (например, жилые дома высотой не более трех этажей).
Декларация должна содержать оценку пожарного риска и возможного ущерба имуществу третьих лиц от пожара (такая оценка может быть проведена в рамках добровольного страхования ответственности за ущерб третьим лицам, причиненный пожаром). Декларацию пожарной безопасности на проектируемый объект составляет застройщик либо лицо, подготовившее проектную документацию. Декларация уточняется или разрабатывается вновь, если изменяются содержащиеся в ней сведения или
требования пожарной безопасности. Собственники эксплуатируемых объектов недвижимости на день вступления в силу Технического регламента предоставляют декларацию пожарной безопасности не позднее одного года после 30.04.2009 г. — дня вступления Технического регламента в силу.
По статистическим данным на сегодняшний день на энергетических предприятиях России работают приблизительно 20 тыс. единиц силовых трансформаторов, автотрансформаторов и шунтирующих реакторов напряжением 110 кВ и выше. Из них свыше 40 % эксплуатируются 25 лет и более, т.е. за пределами гарантируемого срока, и вероятность возникновения аварий с пожарами трансформаторов и автотрансформаторов велика. По сетям ОАО "ФСК ЕЭС" наибольший износ основных фондов имеет оборудование подстанций, где отработали свой нормативный срок 19,7 % автотрансформаторов, 10 % шунтирующих реакторов, 20 % синхронных компенсаторов, 27 % выключателей напряжением 330-750 кВ, свыше 50 % устройств релейной защиты и автоматики [1].
Пожар приносит огромный материальный ущерб. В одних случаях он возникает из-за нарушений норм пожарной безопасности при строительстве зданий и сооружений, в других является результатом несоблюдения требований пожарной безопасности при эксплуатации сооружений. В качестве примера можно привести аварию на ПС 500 кВ Чагино, случившуюся в 2008 г. в ходе пуско-наладочных работ. Основными причинами возникновения и трудностей ликвидации пожара явились: поставка заводом-
?| ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНаСТЬ 2009 ТОМ 18 №5
изготовителем дефектного удлиняющего контакта кабельной муфты; недостатки конструкции кабельного ввода; некачественный монтаж электропитания автоматики пуска пожаротушения, что при возникшей общей вибрации в процессе аварии привело к прекращению подачи в камеру автотрансформатора газового огнетушащего вещества в объеме, необходимом для ликвидации аварии. Но в таких случаях при несрабатывании автоматической установки газового пожаротушения (АУГП) в системе предусмотрен ручной запуск. Однако следует отметить, что из-за внезапного технологического хлопка (взрыва) люди растерялись, не сумев включить ручной запуск системы пожаротушения. По сообщению страховой компании "РОСНО", совокупный объем страховых выплат с учетом минимизации составил 708 млн 450 тыс. рублей.
Анализ повреждаемости трансформаторов и автотрансформаторов напряжением 110-500 кВ мощностью 63 МВА и более, эксплуатируемых на предприятиях электрических сетей, включая межсистемные сети России, за период 1998-2002 гг. показывает, что удельная повреждаемость X трансформаторов и автотрансформаторов, сопровождавшаяся внутренними короткими замыканиями, составляет 0,45 % в год, из них 24 % повреждений происходили с возгораниями и пожарами [2]. Таким образом, повреждаемость трансформаторов с возгоранием составляет 0,45 ■ 0,24 = 0,108 % в год, т.е. из каждой тысячи трансформаторов, находящихся в эксплуатации, в течение года возможно повреждение с возгоранием одного трансформатора. Такая же удельная повреждаемость с возгоранием трансформаторов приведена в справочнике [3] на основе анализа повреждаемости, осуществленного рабочей группой 12-го Комитета СИГРЭ "Трансформаторы". Иными словами, вероятность возгорания трансформатора составляет 110-3 в год.
Важным вопросом при оценке пожарной опасности является правильный выбор методов расчета поражающих факторов при пожарах с различными сценариями их протекания. Для такой оценки в основном используются методы, регламентированные стандартом [4].
Однако согласно ст. 6 п. 3 Федерального закона от 22.07.2008 г. № 123-Ф3 проведение расчетов пожарного риска необходимо лишь для объектов, на которых не выполняются обязательные требования пожарной безопасности, установленные федеральными законами о технических регламентах и нормативными документами по пожарной безопасности. Что касается объектов электроэнергетики, то при проектировании зданий, сооружений и строений применяются типовые решения с выполнением обязательных требований пожарной безопасности,
установленных нормативными документами. При этом расчеты пожарного риска для объектов электроэнергетики в составе проектной документации не предусматриваются. Однако для обоснования допустимого уровня пожарного риска необходимо учитывать особенности каждого объекта (износ силового оборудования, размещение, расположение, компоновка оборудования, площадь подстанции и т.д.). Исходя из социально-экономических условий, целесообразно проведение расчетов пожарного риска на объектах электроэнергетики для оценки их пожароопасности. При этом каждый объект считается уникальным и необходимо учитывать все его особенности.
Основная пожарная опасность объекта защиты (электроподстанции), как показывает практика эксплуатации, исходит от маслонаполненного электрооборудования, главным образом, силовых трансформаторов и автотрансформаторов, а также мас-лонаполненных реакторов (устройств компенсации емкостного тока).
Основными наиболее опасными причинами разгерметизации маслонаполненных трансформаторов, автотрансформаторов являются внутренние короткие замыкания (в обмотках, вводах, РПН и др.) с образованием электрической дуги и, как следствие, большого объема газов, являющихся продуктами разложения масла, что приводит к быстрому увеличению давления в емкости [3]. Не исключается вероятность того, что в случае тяжелого повреждения защитные устройства маслонаполненного оборудования (предохранительные клапаны) могут не обеспечить снижение давления, что может вызвать разрыв емкости. Разрыв бака влечет за собой разлив большого количества масла, что может привести к образованию очага пожара вследствие контакта разогретых горючих газов с кислородом воздуха.
На рис. 1 подробно рассмотрены последовательность возникновения и развитие возможной аварии маслонаполненного силового электрооборудования на ПС 500 кВ Каскадная. В основу построения блок-схемы положены характеристика пожароопасного вещества, данные о технологическом и аппаратурном оформлении и об авариях, происшедших как у нас в стране, так и за рубежом, а также материалы исследований по моделированию аварий трансформаторов [3,5].
Примечание. В соответствии с РД 34.03.350-98 "Перечень помещений и зданий энергетических объектов РАО "ЕЭС России" с указанием категорий по взрывопожарной и пожарной опасности" трансформаторные камеры с маслонаполненными трансформаторами относятся к пожароопасным помещениям категории В1.
ISSN 0869-7493 ООЖАРООЗРЫООБЕЗООАСНОСТЬ 2009 ТОМ 18 №5
3
Рис. 1. Блок-схема возникновения и развития аварийной ситуации при повреждении и разгерметизации маслонаполнен-ного электрооборудования подстанции 500 кВ Каскадная
Основная часть декларации пожарной безопасности включает в себя оценку пожарного риска объекта защиты. В соответствии со ст. 93 Технического регламента величина индивидуального пожарного
риска в зданиях, сооружениях, строениях и на территориях производственных объектов не должна превышать 110-6 в год.
Рассмотрим в качестве примера проектируемую ПС 500 кВ Каскадная, в состав которой входят здания производственного и складского назначения класса функциональной пожарной опасности Ф5.2, комплектные распределительные устройства элега-зовые (КРУЭ) нескольких классов напряжения с коммутационным и измерительным оборудованием, установки силовых трансформаторов, автотрансформаторов, реакторов. Трансформаторы рассредоточены на территории ПС 500 кВ Каскадная в четырех зданиях (по два в одном здании) и установлены каждый в отдельной огнестойкой камере. На рис. 2 показана принципиальная технологическая схема циркуляции масла на примере мас-лонаполненного автотрансформатора 500 МВА 500/220/10 кВ, расположенного в отдельной камере здания АТ 500 кВ.
Под маслонаполненным оборудованием (в том числе и под выносными системами охлаждения) выполнены приямки для приема аварийного масла (маслоприемники). Маслоприемники под маслона-полненным оборудованием и под выносными системами охлаждения разделены между собой перегородками, чем обеспечивается нераспространение
Рис. 2. Принципиальная технологическая схема циркуляции трансформаторного масла в одной единице оборудования: 1 — бак трансформатора; 2 — выносная система охлаждения; 3 — маслоприемник охладителя; 4 — мас-лоприемник трансформатора; 5 — ограничитель перенапряжений 500 кВ, встроенный в элегазовый токопровод; 6 — ограничитель перенапряжения 220 кВ; 7 — элегазовый токопровод 500 кВ; 8 — муфта кабелей с изоляцией из СПЭ на напряжение 220 кВ; 9 — кабель с изоляцией из СПЭ на напряжение 220 кВ; 10 — провод сталеалюмине-вый (АС 500/64)
4
ISSN 0869-7493 ООЖАРОВЗРЫВОБЕЗООАСООСТЬ 2009 ТОМ 18 №5
пожара в случае возникновения под одним из них очага возгорания.
Устройства компенсации емкостных токов расположены в двух зданиях по четыре в каждом, каждое из них установлено в отдельной огнестойкой камере с маслоприемником.
Индивидуальный риск персонала, находящегося в помещениях трансформаторов, автотрансформаторов и реакторов, рассчитывается согласно ГОСТР 12.3.047-98 [4, приложение Ш] по формуле:
а = ОпРпр (1- д)(1- рп,),
где Ое — расчетный индивидуальный риск;
Qп — вероятность пожара трансформатора, равная 110-3 в год;
Рпр — вероятность присутствия людей в помещении, которая определена как вероятность присутствия персонала в трансформаторной камере при необходимости ежедневного проверочного осмотра трансформаторов в течение 10 мин; Рпз — вероятность эффективной работы технических решений противопожарной защиты; Рэ — вероятность эвакуации людей, Рэ = 1-(1- Рэ.п)(1- Рд.в);
Рэп — вероятность эвакуации по эвакуационным путям, Рэ п = 0,999 при гр < гн 6 (гр и гн 6 -расчетное и необходимое время эвакуации людей соответственно, мин);
Р
д.в"
вероятность эвакуации по наружным эва-
куационным лестницам и переходам в смежные секции здания, принята равной нулю. Индивидуальный риск в одном помещении при осмотре оборудования составляет 7-10-9 в год, что меньше нормативного индивидуального пожарного риска (110-6 в год).
В случае пожара трансформатора не исключается возможность разгерметизации наружных установок маслоохладителей с проливом и возгоранием большого количества масла. Поскольку статистика подобных аварийных ситуаций отсутствует, в расчетах вероятность возникновения пожаров проливов из наружных установок маслоохладителей принята равной вероятности пожара трансформаторов (110-3 в год).
Индивидуальный риск для персонала, находящегося у наружных установок — маслоохладителей трансформаторов, рассчитывается согласно ГОСТ Р 12.3.047-98 [4, приложение Э, формула (Э.26)]:
^ = QпQ,
где Qп — условная вероятность поражения человека тепловым излучением;
Q — вероятность пожара пролива трансформаторного масла из наружной установки — маслоохладителя трансформатора, принята равной 110-3 в год.
Условная вероятность поражения человека тепловым излучением согласно требованиям стандарта [4] определяется с использованием пробит-функ-ции Рг. Величина поражения выражается, как правило, с помощью интеграла ошибок, в котором верхний предел является так называемой пробит-функ-цией, отражающей связь между вероятностью поражения и поглощенной дозой. Ее значение определяется по формулам (Э.24) и (Э.25) приложения Э указанного ГОСТ [4]:
Рг = -14,9 + 2,56 Н^1'33); £ = ^ + х/у,
где I — эффективное время экспозиции, с;
^—характерное время обнаружения пожара (5 с); д — интенсивность теплового излучения, кВт/м2; х — расстояние, м, от места расположения человека до безопасной зоны, х = хдбез — хд, где д = = Ябез = 4,2 кВт/м2 (безопасно находиться в брезентовой одежде);
хд — расстояние, м, от геометрического центра пролива (пожара оборудования) до места расположения человека, где интенсивность теплового излучения составляет д;
у — скорость движения человека в опасной зоне, составляет 5 м/с.
Расчеты по определению опасных зон при возгорании трансформаторного масла при авариях маслоохладителей трансформаторов выполнены в соответствии с ГОСТ Р 12.3.047-98 [4] по специально разработанной программе. В соответствии с табл. 3 указанного ГОСТ в случае пожара горючей жидкости тепловое воздействие может вызвать следующие негативные последствия при интенсивности теплового излучения д, кВт/м2:
1,4 — без негативных последствий в течение длительного периода;
4,2 — безопасно для человека в брезентовой одежде;
7,0 — непереносимая боль через 20-30 с (ожог 1-й степени через 15-20 с, 2-й — через 30-40 с, воспламенение хлопка — через 15 мин); 10,5 — непереносимая боль через 3-5 с (ожог 1-й степени через 6-8 с, 2-й — через 12-16 с); 12,9 — воспламенение древесины при длительности облучения 15 мин; 17,0 — воспламенение окрашенной древесины, а также фанеры.
Каждому порогу интенсивности теплового излучения будет соответствовать определенное расстояние (радиус поражения х), в зоне которого действие поражающих факторов теплового воздействия будет негативным. Его величина определяется диаметром й (площадью Б) пролива, возгоранием масла и высотой пламени Н.
0869-7493 ООЖАРООЗРЬЮОБЕЗООАСООСТЬ 2009 ТОМ 18
5
Согласно таблице Э.2 ГОСТ [4] условная вероятность поражения человека Qn при Рг < 2,67 равна нулю. Соответственно, индивидуальный риск поражения человека, находящегося у маслоохладителя на расстоянии 5,4 м от эпицентра пожара пролива трансформаторного масла для наиболее опасного сценария, определенный по формуле (Э.26) [4], близок к нулю.
В декларации пожарной безопасности также необходимо дать оценку возможного ущерба имуществу третьих лиц от пожара. Такой ущерб исключается. Зоны действия поражающего фактора (теплового излучения) не выходят за пределы территории подстанции. Появление посторонних физических лиц на территории ПС 500 кВ Каскадная практически исключается.
Выводы
Представленные величины индивидуального риска гибели персонала меньше приемлемого показателя и подтверждают соответствие современным требованиям пожарной безопасности ПС 500 кВ Каскадная. Индивидуальный и социальный пожарные риски для людей, находящихся в селитебной зоне вблизи ПС 500 кВ Каскадная, отсутствуют, по-
скольку зоны воздействия опасного фактора (теплового излучения) при пожарах на площадке подстанции не выходят за пределы ее территории.
Исключение аварийных выбросов (проливов) пожароопасного вещества достигается принятием технических решений, обеспечивающих необходимую безопасность эксплуатации маслонаполненно-го электрооборудования, в их числе:
• молниезащита трансформаторов;
• защита трансформаторов от грозовых и коммутационных перенапряжений;
• выбор наиболее пожаробезопасного оборудования при проектировании;
• применение устройств релейной защиты, обеспечивающих быстрое отключение поврежденного электрооборудования;
• ведение мониторинга состояния электроустановок (изоляции, обмоток и других факторов, определяющих безопасность работы оборудования) и своевременное устранение возникающих факторов риска;
• защита от несанкционированного вмешательства в работу электроустановок персонала и посторонних лиц в процессе эксплуатации и др.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Назарычев, А. Н. Методические основы определения предельных сроков эксплуатации и очередности технического перевооружения объектов энергетики / А. Н. Назарычев, Д. А. Андреев. — Иваново : Иван. гос. ун-т, 2005. — 168 с.
2. Ванин, Б. В. О повреждениях силовых трансформаторов напряжением 110-500 кВ в эксплуатации / Б. В. Ванин, Ю. Н. Львов, М. Ю. Львов [и др.] // Электрические станции. — 2001. — № 9.
3. Силовые трансформаторы : справочная книга / Под ред. С. Д. Лизунова, А. К. Лоханина. — М.: Энергоиздат, 2004. — 616 с.
4. ГОСТ Р 12.3.047-98. ССБТ. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля. — Введ. 2000-01-01. — М. : Изд-во стандартов, 1998.
5. Comparison of the CERGI Developed Magneto-Thermo Hydrodynamic Model Results with Measurements Made ona160 kVATransformer // IEEE Publication. — 29.05.2000.
Материал поступил в редакцию 14.07.09.
© Килимник О. В., 2009 г. (e-mail: Kilimnik O@oaoesp.ru).
ISSN 0869-7493 ООЖАРОВЗРЫВОБЕЗООАСНОСТЬ 2009 ТОМ 18 №5
