Пожарная безопасность трансформаторного оборудования электрических подстанций: зарубежные стандарты и практика

Электроэнергетическая отрасль в Российской Федерации долгое время развивалась и существовала под эгидой единственной государственной компании. Естественно, что в таких экономически тепличных условиях конкурентное ведение энергетического хозяйства абсолютно не интересовало руководителей данной компании. Для определения затрат на те или иные мероприятия, в том числе на обеспечение пожарной безопасности, различными НИИ на основе плановых экономических показателей разрабатывались специальные нормы, которые никоим образом не учитывали современные технологии и тенденции развития отрасли. В результате уже после реформы РАО ЕЭС и внедрения рыночной модели мы вынуждены оперировать разработанными в те годы техническими стандартами, лишь незначительно доработанными в наше время.

Интересно было бы проанализировать, как развивалась и совершенствовалась нормативная база в странах Запада, где экономическая составляющая всегда являлась базисом для разработки стандартов. Весьма наглядным примером является зарубежный опыт организации пожарной безопасности для трансформаторного подстанционного оборудования.

Пожар на подстанции в первую очередь опасен тем, что может разгерметизироваться бак с трансформаторным маслом. Последствия могут быть катастрофическими. Возможен взрыв, выделение ядовитых веществ, розлив горючих жидкостей. Помимо опасности для людей любое возгорание трансформатора вызывает повреждение дорогого энергетического оборудования и, как следствие, отключения в энергосистеме и существенный экономический ущерб. Более 20% всех пожаров на подстанциях захватывает маслонаполненное оборудование – силовые выключатели и трансформаторы. Естественно, что вопрос обеспечения пожарной безопасности на таких объектах стоит особенно остро.

Российское нормативное законодательство описывает рекомендации и правила обеспечения пожарной безопасности для трансформаторного оборудования в следующих специальных стандартах:

• РД 34.15.109-91 Рекомендации по проектированию автоматических установок водяного пожаротушения масляных силовых трансформаторов;
• РД 153-34.0-49.101-2003 инструкция по проектированию противопожарной защиты энергетических предприятий.

Если учесть, что последний документ – это, по сути, слегка доработанный стандарт 1987 г., то можно говорить о том, что с 1991 г. развитие систем безопасности в этой сфере остановилось. И это при том что пожарными службами и институтами был накоплен опыт тушения трансформаторов в самых разных условиях. Была разработана вполне эффективная тактика тушения таких пожаров, есть рекомендации по выбору средств противопожарной защиты. Но все это не нашло отражения в официальных стандартах и нормативных документах, на основании этих рекомендаций не были составлены аналитическая и экономическая модели, оценивающие риски использования тех или иных средств защиты. Российские нормотворцы ограничились включением трансформаторных подстанций в требования по оснащению таких объектов системами автоматической пожарной сигнализации и пожаротушения в зависимости от площади объекта в соответствии с введенным в 2009 г. СП 5.13130.2009 «Системы противопожарной защиты.

Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования».

Наши зарубежные коллеги работают в других условиях и в другом нормативном поле. В первую очередь мы посетим город Куинси (штат Массачусетс, США). В этом городе находится штаб-квартира одной из самых известных международных организаций по обеспечению пожарной, электрической и строительной безопасности – Национальной ассоциации противопожарной защиты (NFPA). По национальным стандартам NFPA работают специалисты многих стран на всех континентах (даже в Антарктиде на полярных станциях). Стандарты NFPA являются общепризнанными и активно развиваются с момента основания организации в 1896 г. В том числе часть российских современных нормативных документов берет свое начало в стандартах NFPA.

При рассмотрении вопроса противопожарной защиты трансформаторов в формате стандартов NFPA мы, так же как и в российской НТД, получаем NFPA 15 «Стандарт для водяных стационарных систем противопожарной защиты».

Для российского инженера, воспитанного на технических стандартах, регламентирующих такие нюансы, как форма форсунки и размер болтов для ее крепления, американский стандарт выглядит неожиданно. Буквально на одной странице приводятся все основные требования к организации водяного пожаротушения трансформатора. Здесь точно не будут указаны размеры болтов, но зато даны точные характеристики системы по расходу воды и расположению основных элементов. Все остальное – простор для воображения разработчика и проектировщика.

Стандарт был принят в 2001 г. и по состоянию на 2017 г. пункт 7.4.4, в котором, собственно, и содержатся требования к системе пожаротушения трансформаторов, изменений не претерпел. Казалось бы, налицо та же стагнация, которую мы видим и в российском нормативном законодательстве с разницей в 10 лет, однако это не совсем так. С момента появления NFPA 15 многие частные компании, занимающиеся строительством и модернизацией трансформаторных подстанций, начали его критиковать и искать альтернативные способы обеспечения безопасности на рассматриваемых объектах. Основная критика стандарта заключалась в его неэкономичности. На тушение трансформатора в соответствии с NFPA 15 уходит нецелесообразно большое количество воды. Так, нормативный расход воды на пожаротушение одного трансформатора составляет 250 галлонов в минуту. Один галлон – это примерно 3,8 л. Нормативная продолжительность пожаротушения в соответствии со стандартом составляет 1 час. Таким образом, общий объем воды для тушения 2 подстанционных трансформаторов – 11 400 л. Практически 11,5 куб. м воды. 

Конечно, в нашей стране нет недостатка в водных ресурсах, да и российские нормы в этом отношении несколько иные. В соответствии с РД 34.15.109-91 нормативный расход воды для тушения трансформатора не превышает 4 л в секунду (то есть в 4 раза меньше). Однако во многих странах, использующих NFPA 15, имеются достаточно большие проблемы с водоснабжением. Крупные трансформаторные подстанции, как правило, располагаются достаточно далеко от городов. Даже если рядом есть природные водоемы, нужны мощные насосы и система фильтров для использования такой воды в противопожарных целях. В любом случае описанная система потребует постоянного обслуживания несколькими специалистами. В результате инвестиции на обеспечение противопожарной защиты могут превысить собственно затраты на реконструкцию или модернизацию подстанции.

Несколько позже появился стандарт NFPA 850 «Рекомендуемые практические способы противопожарной защиты для оборудования электрических генерирующих станций и высоковольтных конвертирующих подстанций», в соответствии с которым необходимо иметь запас воды для тушения трансформаторного оборудования уже в течение 2 часов.

Еще одна проблема: выпуск такого большого количества воды требует обеспечения объекта продуманной дренажной системой. В противном случае горящее масло может вместе с водой перелиться за бортик участка, и мы получим небольшую (или большую) техногенную и экологическую катастрофу.

В результате многие компании на Западе начали отказываться от использования данного стандарта и обеспечивать безопасность на объекте исключительно пассивными методами и средствами защиты. С одной стороны, это привело к развитию пассивных и иных противопожарных средств. Например, в странах Персидского залива, где вода дороже «черного золота», развитие получили гипоксические системы противопожарной защиты. В таких системах трансформатор окружен воздухом с пониженным содержанием кислорода, в котором процесс горения невозможен в принципе. С другой стороны, появились более дешевые средства пожаротушения.

Одной из первых идей, получивших свое развитие в области защиты трансформаторов, стало использование противопожарной пены. Идея не является новой, поскольку пена активно использовалась для тушения воспламенившихся углеводородов, к которым можно отнести и трансформаторное масло. В результате развитие инженерной мысли в данном направлении уже через несколько лет привело к изменению стандарта NFPA 11, в котором была нормативно закреплена возможность использования пены для тушения трансформаторов и определено минимальное время тушения, составляющее 5 минут. Главным преимуществом использования пены в качестве средства тушения горящих трансформаторов стало значительное (более чем в пять раз) снижение расхода воды. Развитие технологий производства пенообразователя специально для использования при тушении электроустановок позволило, с одной стороны, достичь минимальных концентраций собственно пенообразователя (до 2%), а с другой – снизить время тушения пожара.

Другим направлением стало развитие систем пожаротушения тонкораспыленной водой. Высокая эффективность таких систем для тушения горящего электроэнергетического оборудования сейчас является общеизвестным фактом, однако первое признание эти системы получили именно на уровне стандарта NFPA. В меморандуме о стандарте NFPA 750, опубликованном в ноябре 2013 г., было однозначно рекомендовано использование систем с тонкораспыленной водой для тушения электроэнергетического оборудования, в том числе трансформаторного. Это позволяет сэкономить водные ресурсы и снизить затраты на подведение специальных коммуникаций к подстанциям.

Помимо NFPA существует еще одна международная организация, которая заинтересована в развитии базы стандартов обеспечения пожарной безопасности трансформаторных подстанций. Это CIGRE – Международный совет по большим системам высокого напряжения. Штаб-квартира данной организации находится в Париже. CIGRE получила признание как ведущая электроэнергетическая ассоциация, деятельность которой охватывает технические, экономические, организационные проблемы в области электроэнергетики, а также вопросы регулирования и охраны окружающей среды.

Международный совет по большим электроэнергетическим системам CIGRE был создан в 1921 г. и объединяет инженеров и специалистов, представляющих электроэнергетику и электротехнику многих стран мира. Проблемой заинтересовались уже сами энергетики, которые решили создать универсальный документ, описывающий ситуацию возникновения пожара на подстанции, учитывая все возможные причины, за исключением умышленной диверсии и возгорания от соседних объектов. Результатом такого труда стал охранно -пожарная сигнализация опубликованный в июне 2013 г. рабочей группой А2.33 CIGRE документ под названием «Руководство по обеспечению пожарной безопасности трансформаторов».

Указанный документ является наиболее полным на сегодняшний день, описывающим проблему обеспечения пожарной безопасности для трансформаторного оборудования, который будет интересен как инженерам-энергетикам, так и специалистам в области систем безопасности. Текст руководства можно найти в свободном доступе на английском языке.

Цель разработки документа заключалась в представлении практических и экономически эффективных стратегий для предотвращения пожаров и контроля риска его возникновения. Отдельно отмечается, что данное руководство не заменяет соответствующие национальные или локальные стандарты и правила, которые должны учитываться.

Всего документ состоит из 9 глав, в которых содержится следующая информация:

• перечень основных международных стандартов, в которых описывается проблема обеспечения пожарной безопасности (в том числе документы, выпущенные NFPA, IEC – Международной электротехнической комиссией, IEEE – Институтом инженеров электротехники и электроники, CEATI – Международным центром совершенствования энергетики посредством технологических инноваций, национальными организациями Германии, Австралии и др.);
• физические процессы горения и сценарии развития пожаров на подстанции в трансформаторном оборудовании;
• расчет вероятности возникновения пожара в конкретном энергетическом подстанционном хозяйстве;
• описание физического процесса возникновения электрической дуги в трансформаторе; расчет вероятных диапазонов энергии, температуры, объема выделяемого газа и давления при образовании дуги; способы сброса и ограничения роста давления в трансформаторном баке при возникновении дуги;
• рекомендации по использованию систем противопожарной защиты для конкретного оборудования, определение вероятности эффективной работы систем противопожарной защиты, методология проектирования и разработки систем противопожарной защиты;
• способы снижения риска возникновения пожара в трансформаторном оборудовании, рекомендации по ранжированию рисков, основанные на сопоставлении экономичности мероприятий и приемлемости степени риска в каждом конкретном случае;
• использование специальных установок для защиты жизни и здоровья человека, а также энергетического оборудования;
• рекомендации по планированию восстановления работоспособности энергетического объекта, минимизации последствий и экономических потерь в результате пожара;
• рекомендации по улучшению национальных стандартов области противопожарной защиты трансформаторного оборудования.

Документ содержит большое количество иллюстраций и фотографий, показывающих процесс и последствия пожара трансформаторного оборудования, расположение оборудования систем противопожарной защиты, графики развития физических процессов и многое другое.

В стандарте есть описание как пассивных средств противопожарной защиты, так и активных систем пожаротушения (дренчерных, спринклерных, тонкораспыленной водой, гипоксических и газовых) трансформаторов, расположенных на открытом воздухе и в помещениях, в жилых зданиях и на промышленных предприятиях. В целом можно говорить о том, что в рекомендациях CIGRE собраны последние на тот момент технические достижения по обеспечению пожарной безопасности трансформаторных подстанций.

Хотелось бы упомянуть еще об одном стандарте – IEEE 979 «Руководство по противопожарной защите подстанций». Данный документ был разработан в 2012 г. Институтом инженеров электротехники и электроники. Этот стандарт платный, поскольку IEEE является коммерческой организацией. До выхода стандарта CIGRE именно в этом документе содержались наиболее интересные и экономически обоснованные рекомендации по обеспечению пожарной безопасности трансформаторного оборудования, однако с июля 2013 г. он фактически устарел, а основные рекомендации IEEE нашли свое отражение в общедоступном документе, составленном CIGRE.

На этой позитивной ноте хотелось бы завершить краткий обзор иностранной нормативной базы, посвященной проблеме обеспечения противопожарной безопасности трансформаторного оборудования. Читателям, интересующимся этим вопросом и владеющим иностранными языками, возможно, интересно было бы ознакомиться с первоисточниками, описанными в статье. Оригинальные названия этих стандартов представлены в списке использованной литературы. Очевидно, что развитие инженерной мысли в сфере обеспечения пожарной безопасности сложного электроэнергетического оборудования нашло отражение в стандартах и рекомендациях ведущих мировых организаций.

Хотелось бы, чтобы мировой опыт использовался и при разработке российских стандартов.

Использованная литература:

1. Cigré Technical Brochure 537 Guide for Transformer Fire Safety Practices
2. NFPA 15 Standard for Water Spray Fixed Systems for Fire Protection
3. NFPA 750 Standard for Water Mist Fire Protection Systems
4. NFPA 850 Recommended Practice for Fire Protection for Electric Generating Plants and High Voltage Direct Current Converter Stations
5. NFPA 11 Standard for Low-, Medium-, and High-Expansion Foam
6. NFPA Fire Protection Handbook
7. IEEE 979 Guide of Substation fire protection
8. IEC 61936-1 Power installation exceeding 1 kV AC
9. Protection of High Voltage Power Transformers, FireFlex Systems Inc.