КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ОБЕСПЕЧЕНИЮ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НА ОБЪЕКТЕ ЭЛЕКТРОСЕТЕВОГО ХОЗЯЙСТВА

AN INTEGRATED APPROACH TO ENSURING FIRE SAFETY AT AN ELECTRIC GRID FACILITY

Ilya Ustinov

student, Department of Life Safety, Surgut State University,

Russia, Surgut

Sergey Ivanov

scientific supervisor, Assistant of the Department of Life Safety, Surgut State University,

Russia, Surgut

АННОТАЦИЯ

В данной работе осуществляется детальный анализ инцидентов, возникающих в инфраструктуре электроснабжения, особое внимание уделяется анализу событий, связанных с силовыми трансформаторами на подстанциях. Важность данного исследования обусловлена масштабностью потенциальных последствий от аварий в электросетях, которые могут варьироваться от ограниченных по масштабу пожаров в электрооборудовании и временными перебоями в подаче электроэнергии до массового отключения электроэнергии в целом регионе и высокого риска пожаров или взрывов на энергообъектах. В результате всестороннего рассмотрения собранных фактов были разработаны стратегии для уменьшения вероятности возникновения аварий.

ABSTRACT

In this work, a detailed analysis of incidents occurring in the power supply infrastructure is carried out, special attention is paid to the analysis of events related to power transformers at substations. The importance of this study is due to the magnitude of the potential consequences of power grid failures, which can range from limited-scale fires in electrical equipment and temporary power outages to massive power outages in the entire region and a high risk of fires or explosions at power facilities. As a result of a comprehensive review of the collected facts, strategies have been developed to reduce the likelihood of accidents.

Ключевые слова: трансформаторная подстанция, энергия, авария, электричество.

Keywords: transformer substation, energy, accident, electricity.

Электроэнергетика, ключевая составляющая обширного энергетического сектора, охватывает генерацию, передачу и распределение электричества. Она выделяется среди других энергетических дисциплин своими уникальными преимуществами, включая эффективность транспортировки электроэнергии на далекие расстояния. Поддержание непрерывности эксплуатации сетевых элементов считается критической инженерной задачей. Однако, несмотря на совершенствование технологий, инциденты на энергетических предприятиях продолжают случаться, подчеркивая необходимость постоянного улучшения безопасности и надежности в секторе.

В России насчитывается множество элементов инфраструктуры, относящихся к электросетевому комплексу и системе теплоснабжения. Несмотря на их разнообразие, законодательные акты и операционные принципы интегрируют их в целостную сеть - единую энергетическую систему страны.

Единая энергетическая система России представляет собой комплексную электросетевую инфраструктуру, охватывающую весь ареал Российской Федерации, управляемую централизованно через оперативно-диспетчерское руководство системного оператора Едиными энергосистемами страны. Структура ЕЭС России включает в себя множество региональных энергетических систем, которые по функциональному назначению и географическому расположению группируются в 7 крупных объединенных энергетических систем: Восточную, Сибирскую, Уральскую, Средне-Волжскую, Южную (включая Северо-Кавказскую), Северо-Западную и Центральную.

В системе электроснабжения важное место занимают электроподстанции, которые наряду с ЛЭП (линиями электропередач) играют ключевую роль. Электроподстанция — это комплексная электротехническая установка, ее функции заключаются в получении, преобразовании и распределении электроэнергии среди конечных потребителей. Она оборудована трансформаторами или иными преобразователями для изменения параметров электроэнергии, системами управления, коммутационной аппаратурой и необходимыми вспомогательными элементами.

Элементы трансформаторной подстанции включают в себя силовые трансформаторы, распределительные устройства, входящие линейные конструкции (ЛЭП), доступные в воздушном или кабельном исполнении, и систему релейной защиты и автоматики. В сердце трансформаторной подстанции лежит трансформатор, который является статическим устройством для преобразования электрических параметров – напряжения и тока с изменением величин на вторичных обмотках, сохраняя при этом частоту электрического тока постоянной.

Поломка компонентов трансформаторного оборудования может вызывать не только его сбои, но и привести к различным аварийным ситуациям. Среди наиболее вероятных аварийных сценариев выделяются возгорания и детонации, происходящие на объектах, включающих использование электроэнергии. Когда трансформаторное масло воспламеняется, это не только наносит вред самой подстанции, но также может вызвать ущерб для окружающих производственных комплексов, офисных и жилых зданий. Следовательно, ситуации, связанные с возгоранием или взрывом трансформаторного масла, рассматриваются как причины серьезных повреждений.

Основные факторы, провоцирующие возгорания в трансформаторах и камерах трансформаторных подстанций (КТП), включают:

- Перегрев. Продолжительная эксплуатация при высоких нагрузках, возникающие короткие замыкания, а также сбои в работе охлаждающих механизмов могут вызывать увеличение температуры трансформаторного масла, что способствует его воспламенению.

- Короткие замыкания, вызванные дефектами кабельных линий, обмоток или соединений. При этом процессе избыточное тепловыделение может спровоцировать воспламенение;

- Эксплуатация трансформаторов с максимальными нагрузками может привести к перегреву обмоток, что является результатом перегрузки оборудования.

- Утечка масла из системы охлаждения трансформатора, что представляет собой нарушение герметичности, приводит к повышению риска возгорания;

- Конструктивные недочеты. Применение материалов низкого качества или просчеты в процессе монтажа увеличивают вероятность пожаров;

- Экзогенные причины. Проникновение инородных элементов, влияние метеорологических условий (удары молнии, затопления), неправильное использование техники также способствуют возникновению пожаров.

В анализе пожарной безопасности масляных трансформаторов критическим элементом является риск возгорания масла. В соответствии с стандартом ГОСТ 982-80, для определения пожарной опасности используются испытания на температуру вспышки, выполняемые в условиях закрытого тигля, где для всех типов трансформаторного масла эта температура должна быть не ниже 135 °С. Тем не менее, в условиях эксплуатационных сбоев и аварийных ситуаций температура масла может превысить допустимые пределы.

В аналитическом докладе, подготовленном Всероссийским научно-исследовательским институтом пожарной безопасности МЧС России, четко прослеживается рост числа инцидентов с возгораниями на трансформаторных подстанциях.

Таблица 1.

Данные о происшествиях с пожарами на подстанционных трансформаторах

Для снижения рисков и ущерба от возгораний в трансформаторах и кабельно-трансформаторных подстанциях (КТП) применяются комплексные стратегии, включающие в себя разработку и исполнение проектных решений, акцент на правилах эксплуатации, проведение регулярного техобслуживания, а также использование современных систем обнаружения пожаров и их ликвидации.

Интегрированная стратегия обеспечения противопожарной безопасности ориентирована на минимизацию риска детонации мощных трансформаторов, предотвращает взрывоопасные события и снижает вероятность случайных ущербов. Эту инициативу можно классифицировать в два основных направления:

1. мероприятия по повышению качества систем релейной защиты и автоматики;

2. Оборудование для мониторинга старения компонентов трансформатора обеспечивает своевременную их замену и увеличивает надёжность.

Для повышения надежности работы трансформаторов важно укреплять его слабые места, такие как слоевая изоляция, вводы и сварочные соединения корпуса, что подразумевает реализацию как постоянного мониторинга, так и превентивных мероприятий. В частности, контроль за состоянием сварных соединений включает измерение их толщины согласно стандарту ГОСТ 3242-79 и регулярную проверку корпуса трансформатора на предмет утечек масла, применяя как визуальный осмотр, так и инструментальную диагностику изменений давления.

Для улучшения оборудования рассматриваемой подстанции и повышения её эффективности предлагается экономически рациональная мера: заменить фарфоровые изоляторы вводов высокого напряжения у двух мощных трансформаторов на современные полимерные изделия.

Изоляторы из полимерных материалов, в сравнении с их керамическими собратьями, демонстрируют высокую механическую надежность и способны лучше противостоять вредоносным факторам внешней среды, таким как ультрафиолетовое излучение, температурные колебания, повышенная влажность и проникновение частиц пыли. Кроме того, полимерные изоляторы выделяются превосходной электрической стойкостью – они способны выдерживать более высокие уровни напряженности электрического поля без наступления электрического пробоя, повышая их надежность в электрических системах.

Для снижения влияния атмосферного давления, создаваемого ударной волной взрыва, на здание станции и окружающую застройку, рекомендуется внедрение механизма со специализированной мембраной для амортизации и распределения давления. Планируется монтаж защитного элемента, оснащённого мембраной, способной активироваться при значении давления в резервуаре 200 кПа, обеспечивая тем самым эффективную предохранительную функцию.

В процессе осуществления взрыва рекомендовано заменить стальной контейнер для минерального масла, используемого в трансформаторах, на резервуар из материала с высокими энергопоглощающим эффектом. Такие материалы обладают уникальной способностью сохранять свою целостность даже под воздействием повышенного давления благодаря специально разработанной конструкции с деформируемыми перегородками, которые последовательно поглощают энергию удара. В результате, минеральное масло внутри резервуара защищается от возможных повреждений.

Чтобы уменьшить проникновение пыли и влаги внутрь трансформатора, крайне важно проводить регулярные проверки воздушных фильтров и сорбирующего вещества, такого как силикагель, а также обеспечивать их своевременную замену.

Список литературы:

1. Красник В. В. Эксплуатация электрических подстанций и распределительных устройств: производственно-практическое пособие. – М.: ЭНАС, 2011.-320 с.
2. Мишуев А.В., Казённов В.В., Громов Н.В., Лукьянов И.А. Обеспечение взрывобезопасности и взрывоустойчивости промышленных, транспортных, энергетических и гражданских объектов. Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. № 9. 2011. С. 28-30
3. Пожары и пожарная безопасность в 2023 году: информ.- аналитич. сб. П 46 Балашиха: ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2024. 110 с.
4. Савина Н.В. Электроэнергетические системы и сети, часть первая: учебное пособие / Н.В. Савина. // Благовещенск: Амурский гос. ун-т, 2014. –177с.