漳州核电厂辅助电源倒送电消防临时供水优化探讨

胡靖 丁涛 董婷婷

(1.中国核电工程有限公司华东分公司 浙江嘉兴 314000;2.中核咨询工程有限公司福建分公司 福建福州 350000)

众所周知，核电厂220 kV 备用电源系统（简称辅助变压器）的按期投运对一座核电站的安装、调试工作以及工期的保证有重大影响，属于核电厂调试的首个重大节点[1]。辅助变压器电源正常投入运行的前提条件需要配套的火警、消防、通风、低压、继电保护系统可靠运行，而辅助变压器消防系统作为变压器的安全保障，当发生火灾时通过手动或自动方式控制雨淋阀组启动实施灭火。

辅助变压器消防正式水源来自0PF 泵房，供水路径从厂区泵房（0PF）通过GB 沟管廊供至辅助变压器消防控制间（9JX）；由于核电厂选址一般距离城镇较远，消防水源无法利用市政管网供水，而工程建设前期，消防施工进度范围广、任务重无法匹配辅助变压器送电需求。为满足辅助变压器倒送电按时投运需求，需设计一套应用简洁、安全的供水系统[2]；漳州核电现场结合实际情况设计了临时消防供水系统为辅助变压器消防系统提供稳定、可靠的消防水，以实现辅助变压器消防系统的功能[3]。

1 辅助变压器消防系统

1.1 系统简介

辅助变压器消防系统主要由消防管道、雨淋阀组与相关配件、控制箱、水雾喷头以及管网等主要设备组成，雨淋阀组是辅助变压器消防系统非常重要的组件，由雨淋阀、电磁阀、压力开关、水力警铃、压力表以及配套的阀门等部件组成。系统利用水雾喷头在一定水压下将水流分解成细小的水雾滴喷射到物体表面从而进行灭火或防护冷却的一种固定式灭火系统，该系统源于自动喷水灭火系统，其具有安全可靠、经济实用等特点[4]。

1.2 系统的功能原理

辅助变压器消防系统具有自动、手动以及机械应急启动3 种控制方式，其中手动启动又可分为远程启动和就地启动。远程启动为主控人员确认火警后按动火灾探测报警控制盘上的相应按钮开启雨淋阀组；就地启动即在阀组带自备电源的就地控制箱按钮手动启动；机械应急启动是在电源发生故障时，在雨淋阀组上直接打开手动应急操作阀，雨淋阀组打开向失火的防护区进行喷水作业，同时通过管网压力联锁消防泵启动，喷淋启动后火灾探测报警控制盘接收雨淋报警阀组开启的反馈信号，其原理图如图1所示。

图1 辅变消防系统原理图

2 临时供水方案

针对漳州核电厂正式消防水生产系统施工滞后局面，为确保辅助变压器消防水源可靠性同时满足最大水喷雾强度20 L/min·m2的火灾喷水作业要求，结合施工现场布局和临时措施可实施性、安全性方面分析提出如下3种消防供水方案。

2.1 从淡水厂供水泵房引入正式水源为辅助变压器供水

淡水厂生活饮用水系统（WPW）共设计4 台消防（变频控制），最大供水量为974 m³/h，水泵供水压力为0.65 MPa。根据《水喷雾灭火系统技术规范》（GB 50219-2014）中强制性条文规定[5]：水雾喷头的工作压力，当用于灭火时不应小于0.35 MPa；当用于防护冷却时不应小于0.2 MPa。根据如下水雾喷头的流量计算公式计算结果，水喷雾强度大于20 L/min·m2要求，从原理上方案可行。

式（1）中：Q为水雾喷头的流量，单位为L/min；P为水雾喷头的工作压力，单位为MPa；K为水雾喷头的流量系数。

2.2 从除盐水厂供水泵房引入正式水源为辅助变压器供水

除盐水厂共含有两路可为下游提供水源的装置，分别为WCD 储罐、WND 储罐以及供水泵。WCD 系统共设计3 台水泵，单台水泵额度流量为240 m³/h；WND系统共设计3台水泵，单台水泵额度流量为150 m³/h，水泵启动台数可根据下游用户流量设定。根据水雾喷头的流量计算公式计算结果，水喷雾强度大于20L/min·m2要求，该方案从原理上可行。

2.3 设置一套临时消防供水系统

临时消防供水系统由消防泵、真空泵、稳压装置、控制箱以及系统管道等主要部件组成，使用除盐水厂房废水中和池作为临时消防水池，消防泵通过低位吸水从而实现供水功能，供水装置如图2所示。

图2 临时供水装置示意图

根据漳州一期工程三级施工计划与现场实际施工进展，淡水厂和除盐水厂可用进度无法匹配220 kV倒送电实际需求，最终选择方案三为辅助变压器消防供水方案。

3 临时供水装置实施

3.1 设备与管线布置

消防水泵、稳压泵、真空泵、控制箱等主设备就位于除盐水厂中和池上方，供水管线通过YA、GB沟至JX厂房，具体路线如图3所示，供水管道采用PE管，连接方式采用热熔连接。

图3 临时水源管线布置图

3.2 电源布置

消防水泵、稳压泵、真空泵电源均从就地消防控制箱引入，就地消防控制箱电源引自除盐水厂南侧10 kV箱变，消防电气管路配套采用壁厚≥1.2 mm 金属管，埋入地下进行填埋。

3.3 控制逻辑设定

正常工况下真空泵通过就地控制箱控制泵启停使消防泵入口保持真空满足泵入口充满流体，消防水泵可通过就地控制箱实现就地启停，也可通过泵出口压力开关实现自动启停（压力定值可调），稳压泵可通过就地控制箱实现就地启停，也可通过泵出口压力开关实现自动启停（压力定值可调），具体设定值如表1所示。

表1 启停定值数据表 （单位：MPa）

4 临时装置存在问题与处理方案

4.1 真空泵无冷却水源

临时装置施工完成进行调试验证时，在启动真空泵为消防水泵抽真空时发现，泵运行噪声较大，同时轴承温度上升较快，且消防泵入口无法维持真空状态；停泵后对异常现象进行分析，分析原因为真空泵为离心泵缺少冷却水，导致冷凝器发热，而消防装置厂家供货时也未提供配套冷却水管和相关说明。

处理方案：通过高位水箱引入一路水源通过重力作用为真空泵提供冷却水源，最终将冷却水排入中和池内。变更后启泵验证，真空泵异音消失，轴温上升速率缓慢最终趋于平稳，真空泵运行10 min 左右消防泵入口充满液体。

4.2 真空泵无联锁启停控制

真空泵出厂设计启停方式为就地小三箱控制启停，无法实现自动控制，若要保证消防泵火灾情况下能够实现自动启动前提条件为真空泵必须保持连续运行维持泵入口真空，此情况下将导致电能浪费和日常巡检、维护投入，大大增加管理成本[6]。

经过现场评估确定两种处理方案：方案一为在泵入口管线上增加真空表，当真空度低于设定值控制真空泵自动启动，当真空度达到设定值时真空泵自动停运；方案二为将低位吸水变更为高位水箱供水。

经过对两种方案实施难易程度和系统稳定性考虑，最终选择方案二为最终方案，除盐水厂共计4个储水罐（水箱参数见表2），具体实施方案为从除盐水厂WCD402BA 高位水箱取水，安装临时供水管道至消防泵入口并保留低位吸水管道作为备用取水口。

表2 除盐水箱参数表

4.3 消防泵启动不成功及出口调节阀变形损坏

消防泵出口设计有止回阀和调节阀，为保证消防泵入口真空度保持稳定调节阀保持关闭状态，当启动消防泵时需要人为调节阀门开度，消防泵启动方式为星三角启动，从启动至满负荷带载需要5～10 s，而在此过程中当调节阀开启过快会导致泵真空破坏，泵入口液体倒流从而导致泵启动失败[7]；当调节阀开启过慢消防泵出口压力急剧上升，调节阀两端存在压力差导致调节阀开启存在难度，现场实际调试过程中由于很难把握时间量导致消防泵启动频频失败，也存在由于使用蛮力开启调节阀而导致阀门变形损坏情况发生。

处理方案：将主回路调节阀由塑料材质替换为镀锌材质，同时在泵出口增加旁通小流量管线并设置调节阀[8]；泵启动后开启小流量管线调节阀调节泵出口压力，当出口压力稳定后开启主回路调节阀为下游管线供水，通过现场改造验证问题得以解决。

4.4 建安阶段辅助变压器消防无备用水源

辅助变压器消防喷淋系统在正式水源可用前只能依靠临时供水装置维持其消防功能，建安阶段所采用的电源、水源均具有一定的不稳定性。当出现消防泵临时电源（箱变）故障跳闸或检修、水源意外丧失的情况，整套临时消防供水装置将失去作用，在此情况下辅助变压器将失去消防水。

处理方案：为确保单一故障或叠加故障情况发生时，辅助变压器消防不可用现象发生；通过在JX 辅助变压器喷淋系统雨淋阀组入口处安装水泵接合器，当临时消防不可用时，将水泵接合器与厂区消防车相连接作为备用水源[9]，通过水雾喷头向辅助变压器实施喷淋从而达到灭火效果。

5 临时消防日常管理

核电厂辅助变压器运行电压高、火灾风险大，日常运行中消防雨淋阀组处于侍服状态，当发生火灾时能够及时准确实施灭火。为确保漳州核电厂辅助变压器运行安全，临时供水系统严格落实每日巡检制度，并定时模拟管网压力低验证消防泵启动响应能力。针对消防泵、稳压泵以及配电箱实施定期维护保养，并制定消防行动卡为电厂各级人工消防干预提供依据，确保了临时供水系统的稳定性和可靠性[10]。

6 结语

辅助变压器消防安全作为核安全的组成部分，漳州核电一期工程辅助变压器临时消防实施前，通过对几种可行的方案深入研究分析比对，最终确定采用一整套临时消防生产系统作为水源。通过调试实践验证，并针对所出现的问题进行优化改进，最终顺利完成第三方单位验收，同时保证了系统的运行稳定，满足前期系统调试及辅助变压器投运消防要求。该临时消防水源装置的成功引入与运用，在核电厂工程建设前期发挥了重要作用，有力地保证了调试活动的正常开展，为核电消防安全做出了积极贡献。

通过漳州核电一期工程辅助电源倒送电消防供水临时解决方案的分析和实施，为核电建设中遇到的此类问题提供了一种解决途径。临时解决方案具有显著的优势，它不仅可以减少大量的投资、缩短建设周期，甚至还可以作为后备水源。在建核电厂建设初期均会面临此问题，各项目可借鉴此方案同时根据自身特点，因地制宜，开展工程建设前期的消防工作。