//Электрика. – 2009. – № 11.– С. 38–42.
ПОЖАР НА ОП-1 ЗАПСИБА
И. И. Иванов
Рассматривая состояние отечественной электроэнергетики с позиции промышленных потребителей, в очередной раз стоит остановиться на надёжности электроснабжения, являющейся одной из основных составляющих энергетической безопасности [1]. В последние годы во множестве публикаций [см., например, 2–3] констатируется необходимость обновления основных фондов оборудования, в том числе и энергетического, из-за их значительной физической и моральной изношенности. Закономерным и неизбежным следствием такого состояния оборудования являются частые сбои в работе систем электроснабжения, зачастую приводящие к значительному ущербу. Достаточно вспомнить аварию на подстанции "Чагино" (28.05.2005 г.), в результате которой было прервано электроснабжение нескольких районов г. Москвы, значительной части Подмосковья, Калужской, Тульской и Рязанской областей.
В изношенном состоянии находятся оборудование и сети электроснабжения предприятий, строящихся в 60–80-е годы. В результате возможны разного рода аварии и пожары.
В качестве примера рассмотрим пожар на опорной подстанции № 1 (ОП-1) ОАО "Западно-Сибирский металлургический комбинат" (г. Новокузнецк), произошедший 03.04.2008 г., в результате которого были повреждены основное электротехническое оборудование и ряд строительных конструкций.
Электроснабжение потребителей комбината осуществляется от ОАО "Кузбассэнерго" через главную понизительную подстанцию 220/110 кВ "ЗСМК-1", Западно-Сибирскую ТЭЦ и подстанции глубокого ввода − опорные подстанции на напряжение 110 и 220 кВ. Опорная подстанция № 1 − самая крупная на комбинате − была введена в действие в июне 1965 г. На момент пожара на ОП-1 было установлено шесть однофазных трансформаторов мощностью 66,67 МВА, собранных в две трёхфазные группы 220/10 кВ (ГОТ-1 и ГОТ-2) суммарной мощностью 200 МВА, и два вольтодобавочных трансформатора мощностью по 180 МВА каждый, присоединенных по двухцепной ВЛ 220 кВ к шинам 220 кВ подстанции ЗСМК-1 (однолинейная электрическая схема подстанции – рис 1, 2).
Рис. 1. Однолинейная электрическая схема опорной подстанции № 1 ОАО "ЗСМК"
Рис. 2. Однолинейная электрическая схема опорной подстанции № 1 ОАО "ЗСМК" (продолжение)
С шин 10 кВ подстанции ОП-1 осуществляется питание потребителей электроэнергии прокатных цехов комбината, кислородной станции № 1, паровоздуходувной станции, насосных станций доменного и прокатных цехов. Трансформаторы каждой рабочей группы в сумме заполнены трансформаторным маслом в объёме 38 м3. Однофазные трансформаторы отделены друг от друга железобетонными перегородками (высота 5,5 м, ширина 4 м). Общий план подстанции представлен на рис. 3.
Рис. 3. Общий план опорной подстанции № 1 ОАО "ЗСМК":
1 – ГОТ-1 – группа однофазных трансформаторов №1 (группа включает три трансформатора ОДГ-66667/220 и вольтодобавочный трансформатор ВРТДНУ 180 000/35/10);
2 – резервный трансформатор; 3 – трансформаторы тока ТФНД-220
Около 19:00 (часы:минуты) 03.04.2008 г. на трансформаторе фазы С возник пожар. Сработала газовая защита трансформатора фазы С, переведённая на сигнал, и дифференциальная защита ГОТ-1. В 19:07 в дежурную пожарную часть от диспетчера обжимного цеха поступил звонок о пожаре.
До прибытия первой пожарной бригады дежурным и оперативным электротехническим персоналом в соответствии с указаниями мастера смены были произведены оперативные переключения, направленные на снятие напряжения с горящих трансформаторов и ограничение возможных повреждений рабочего оборудования. Были отключены все отходящие фидеры 10 кВ кроме трансформатора собственных нужд ТСН-2, а также приняты меры по предотвращению развития пожара в помещение щитовой ЗРУ-10 кВ.
В течение часа силами десяти пожарных расчётов производилось тушение пожара, локализованного к 20:30, после чего подстанция ОП-1 была запитана по аварийной схеме через ГОТ-2. В период 20:45–22:10 были произведены оперативные переключения для восстановления электроснабжения производств, питающихся от ОП-1. В 22:25 пожар на подстанции был ликвидирован. Можно отметить грамотные жействия электротехнического персонала и пожарных служб.
Трансформаторы резервной группы ГОТ-2 и ВДТ-2 термических повреждений в результате пожара не получили. При осмотре корпуса резервного трансформатора, расположенного между ГОТ-1 и ГОТ-2, следов воздействия огня и высокой температуры не обнаружено.
При осмотре трансформатора фазы А ГОТ-1 обнаружено, что корпус трансформатора закопчён по всей площади, также наблюдается деформация радиаторов охлаждения и вентиляторов обдува. Расширительный бак и выхлопная труба обгорели, а газовый клапан, расположенный в верхней части выхлопной трубы, разрушен от воздействия высокой температуры. Железобетонная перегородка между трансформаторами фаз А и В деформирована.
При осмотре трансформатора фазы В ГОТ-1 обнаружено, что корпус трансформатора закопчён по всей площади. Наблюдается деформация вентиляторов обдува, радиаторов охлаждения, расширительного бака и выхлопной трубы, обгорание. Железобетонная перегородка между трансформаторами фаз В и С также деформирована. На верхней крышке трансформатора фазы В обнаружено разрушение изоляторов вводов 220 кВ, 110 кВ, 10 кВ, также обнаружена деформация шин вводов. На верхней крышке трансформатора фазы А обнаружены осколки керамических изоляторов, а также деформация шин вводов 10 кВ. Над группой трансформаторов ГОТ-1 от воздействия высокой температуры разрушились гирлянды изоляторов, токопроводящие кабели оплавлены. Также обнаружены следы разрушения и деформации опорных конструкций портала и железнодорожных транспортных путей для установки трансформаторов.
В результате вскрытия бака трансформатора фазы С было установлено место "привязки" короткого замыкания: с одной стороны − на обмотке 220 кВ правого магнитопровода (90 см от низа обмотки); с другой стороны − на основании корпуса трансформатора. Корпус трансформатора был деформирован изнутри, а радиаторы охлаждения и вентиляторы, расположенные на боковых стенках корпуса трансформатора, деформированы и смещены вниз. Также от воздействия огня и высокой температуры пожара были повреждены расширительный бак, выхлопная труба и газовый клапан. Дно бака трансформатора обгорело и покрыто остатками изоляции обмоток высокого и низкого напряжения. Бумажно-масляная изоляция и фарфоровые изоляторы высоковольтных вводов разрушены.
На основании результатов проведённого по факту пожара расследования было сделано заключение, что действия дежурного и оперативного электротехнического персонала ОАО "ЗСМК" в аварийной ситуации и в ходе ликвидации последствий пожара соответствуют производственным инструкциям и не противоречат действующим в Российской Федерации руководящим документам в области промышленной и электробезопасности.
Причиной пожара стало короткое замыкание обмотки высокого напряжения (220 кВ) на корпус трансформатора фазы С рабочей группы однофазных трансформаторов № 1, что фактически соответствовало режиму короткого замыкания "на землю". При этом произошло загорание трансформаторного масла от электрической дуги, температура которой в подобных трансформаторах может составлять 1400–1700 ºС. Выделение в результате горения трансформаторного масла значительного количества газа привело к деформации бака трансформатора и выбросу горящего масла из выхлопного патрубка.
Из протоколов хроматографического анализа газов, растворённых в трансформаторном масле, протоколов испытания силового двухобмоточного трансформатора масляного, протоколов испытания изоляции вводов 110–220 кВ трансформатора фазы С ГОТ-1 следует, что при эксплуатации трансформатора несоответствий указанных параметров нормативным требованиям не установлено.
На основе изучения собранных по факту возникновения пожара материалов и учитывая значительный износ основных фондов электрооборудования ОАО "ЗСМК" был сделан вывод, что короткое замыкание могло быть вызвано рядом следующих факторов:
• старением баковой изоляции трансформатора под воздействием эксплуатационных факторов;
• старением витковой изоляции обмотки высокого напряжения (220 кВ) под воздействием эксплуатационных факторов и в результате возможного действия частичных разрядов в месте будущего пробоя;
• возникновением кратковременных перенапряжений в обмотке 220 кВ.
При этом источником перенапряжений мог послужить трансформатор тока ТФНД-220 (введён в эксплуатацию в 1965 г.), установленный со стороны 220 кВ относительно аварийного трансформатора. Неисправности в высоковольтных трансформаторах тока, связанные со случайным размыканием вторичной обмотки, широко распространены и опасны возникновением значений ЭДС величиной в тысячи и даже десятки тысяч вольт. Длительность таких перенапряжений составляет несколько микросекунд, что зачастую не позволяет зафиксировать их с помощью аналоговых регистраторов [4].
По данным Российского Национального Комитета Международного Совета по большим системам высокого напряжения СИГРЭ* за последние 5 лет, порядка 45 % от общего числа повреждений трансформаторов мощностью 63 МВА и более напряжением 110−500 кВ со сроком эксплуатации более 25 лет (без учёта повреждений высоковольтных вводов и устройств РПН), сопровождавшихся внутренними КЗ, связано с возникновением витковых замыканий при значительном износе изоляции. Витковая изоляция обмоток трансформаторов (изоляция между соседними витками) выбирается с учётом допустимых напряжённостей при рабочем напряжении, а также при воздействии коммутационного и грозовых импульсов [5]. Расчётные коэффициенты запаса при этих воздействиях в различных конструкциях трансформаторов колеблются от 1,1 до 1,7. При повреждении же изоляции на проводе (разрыв или трещина) электрическая прочность между витками снижается в 1,5−2 раза. При этом в "Объёмах и нормах испытаний электрооборудования" отсутствуют требования к проведению периодических обследований силовых трансформаторов для контроля механического состояния обмоток и проведению мониторинга уровня частичных разрядов в изоляции вводов и обмоток.
В результате был определён ряд первоочередных мероприятий, направленных на повышение надёжности электроснабжения комбината:
1) установка на подстанциях со сроком службы более 25 лет систем пожаротушения, систем видеонаблюдения и современных цифровых средств аварийной регистрации;
2) увеличение размеров и усиление конструкции противопожарных перегородок;
3) проведение измерений влагосодержания и пробивного напряжения масла с периодичностью не реже одного раза в шесть месяцев с целью своевременного выявления возможного снижения его электрической прочности;
4) перевод сигнальных элементов газовых реле на отключение;
5) в результате проводимой реконструкции комбината и ожидаемого вывода из работы блюминга 1300, работу которого обеспечивает СД 20 МВт (его мощность, в свою очередь, определила в 60-е годы мощность ОП-1 2×200 МВА), целесообразно пересмотреть схему электроснабжения проката, заменив кратно отслужившие свой срок трансформаторы новыми меньшей мощности.
Список литературы
1. Кудрин Б. И. О государственном плане рыночной электрификации России. М.: Изд-во ИНП РАН, 2005. 204 с.
2. Некрасов А. С., Воронина С. А., Семикашев В. В. Современное состояние электрификации России // Электрика. 2008. № 4. С. 3–8.
3. Осика Л. К. Обеспечение надёжности электроснабжения потребителей в условиях рыночных преобразований электроэнергетики // Вестник ФЭК. 2004. № 2. С. 17−25.
4. Кадомская К. П., Лавров Ю. А., Рейхердт А. А. Перенапряжения в электрических сетях различного назначения и защита от них: Учебник. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. 368 с.
5. Базуткин В. В., Ларионов В. П., Пинталь Ю. С. Техника высоких напряжений: Изоляция и перенапряжения в электрических системах: Учебник для вузов / Под общ. ред. Ларионова В. П. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1986. 464 с.