电力系统电缆火灾事故已成为严重影响变电站安全运行的因素之一。据统计，我国发生的电缆火灾事故造成巨大的直接或间接经济损失，是由于防火措施不完善，火势蔓延快，难以及时扑灭，不但直接烧损了大量的电缆和设备，而且变电站停电修复时间长，严重影响了企业生产和生活用电。另一方面，由于运行人员的正常监视困难，使电力设备发热引起的事故及障碍、异常造成电网供电可靠性下降。本文通过对控制电缆火灾发生原因的分析及防止方法论述，提出采用合理的防火技术和材料，可以达到预防控制电缆火灾事故发生。
变电站是由一次及二次设备组成的统一整体，控制电缆又是其中的“大脑血管”组织，对变电站的正常运行起着至关重要的作用。通常控制电缆具有防潮、防腐和防损伤等特点，可以敷设在隧道或电缆沟内，敷设、维护和检修较复杂，事故发生具有一定的隐蔽性。一旦发生电缆绝缘老化烧断事故，就会造成不利影响和经济损失。
1事例说明
330kV花园变电站是青海电网第一座330kV枢纽变，有5条330kV线路、18条110kV出
线、3台24MVA变压器，是西电东送的咽喉，承担着西宁电网的负荷分配重任，过网负荷较大。
1.1事例一
2003年8月20日凌晨7：4O，当值运行人员发现值班楼一层有烟雾，经检查发现烟雾来源于电缆沟。由于变电站电缆沟内控制电缆的布置上下纵横交错，很难快速判断出哪一根电缆绝缘烧损，待烟雾散去后，检查发现站内喷水池电源电缆绝缘老化发热，外皮燃烧产生烟雾。因为烟雾影响了故障点查找，致使附近的控制电缆受到影响，其中330kV某线CSL一102型高频保护电缆外绝缘发热熔化，通道及装置异常告警，导致某线必须进行保护退出处理。
1．2事例二
某变电站多数电缆由于运行时间长，绝缘老化，当电缆外皮出现脆裂现象时，事故隐患日显严重。2005年末，施工单位在新增3号变扩建工程及110kVGIS设备改造工程的施工中，发现10kV小室照明(含330kV设备区施工检修电源)电缆绝缘老化，铠装电缆外壳有严重打火现象，当时主控室无任何告警信号。
1．3事例三
2006年末，新投运的110kVGIS全封闭组合电器设备(某间隔)就地汇控柜内，由于原配加热回路电源电缆容量与负载不匹配，运行时造成电缆内燃，波及捆扎在一起的其它控制电缆发热，运行人员测温时发现温度过高，及时向有关部门汇报并申请停电处理。与此同时，恰逢线路所经地区的居民因盖房子需要拉钢筋，钢筋绷断反弹搭到线路引线上造成短路故障、保护动作、开关跳闸。事后，运行人员检查设备时，发现汇控柜内控制电缆因发热已经烧黑。如果短路故障发生在数小时后或控制电缆发热发现不及时，那么控制电缆烧毁致使事故状态下断路器拒动引起事故扩大的可能性就非常大。
2原因分析及主要特点
2．1引起电缆火灾的原因
1)控制电缆在长期过负荷或回路短路电流的长时间作用下，线芯发热使电缆外绝缘老化燃烧；
2)控制电缆的接头接触不良，局部发热导致接触部件燃烧；
3)含油设备漏油或其它外部因素的起火波及控制电缆，如工程作业中的意外失火、电缆沟散热防火措施不健全等；
4)控制电缆运行年久老化、绝缘层损坏；
5)控制电缆分类敷设不当致使发热影响面扩大；
6)人为误操作引起的控制电缆火灾。
2．2电缆火灾的主要特点
1)发烟量大，且产生有毒燃烧物；
2)火灾初期不易察觉；
3)电缆通常在狭小的地下沟道内敷设，不利于及时进行燃烧点扑救；
4)电缆沟、电缆竖井缝隙多，通风助长火势蔓延；
5)变电站内一旦发生控制电缆火灾，其影响面广且造成的损失严重；
6)电缆着火后迅速自熄，未酿成事故的实例也存在，主要与电缆形式、数量、布置层次数及环境条件等因素有关。
2．3电缆燃烧的特性分析
1)电缆绝缘和保护层材料的选择，虽然以油、纸、沥青等为绝缘材料的电缆已被明令淘汰，但更新换代需要一个过程，许多老变电站仍然有部分在使用；
2)目前变电站内大量使用的各类电缆绝缘材料和保护层采用可燃的有机物，分别为聚乙烯、交联聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、天然橡胶等。这些材料的氧指数在l9及以下，一般在300oC～400℃的环境下即能引燃，并且燃烧时发热量比同等重量的煤炭高。所以，采用这些材料制作的电缆一旦着火就不能自熄；
3)电缆燃烧时产生大量烟气，其中毒气体达到一定浓度时，就会损害人体健康甚至危及生命；
4)对单根聚氯乙烯电缆做燃烧试验显示不出延燃性，但在多根电缆群体敷设的大规模情况下，一旦电缆着火，由于电缆相互供给燃烧质造成大范围的高温，致使电缆形成延燃不会自熄，在供给相同空气量的情况下，水平敷设比垂直敷设时的延燃速度及火焰传播速度小。
3变电站防火阻燃措施
3．1传统类
3．1．1采用耐火电缆和阻燃电缆
耐火电缆是燃烧条件下仍能在规定时间(约4h)内保持通电的电缆，以满足发生火灾时应急通道的照明、广播、防火报警、自动消防设施及其它应急设备的正常使用，保证人员及时疏散。该电缆具有发烟量小，烟气毒性低等特点，但造价较高，一般应用在高层建筑、电力、石油、化工、船舶等对防火安全条件要求较高的场合，是应急电源、消防泵、电梯、通讯信号系统的必备电缆。阻燃电缆特点是不易燃烧，在火灾情况下有可能被烧坏，而不能运行，但可阻止火势蔓延，能把燃烧限制在局部范围内。这类电缆造价高，适用于有高阻燃、防爆要求的场合。目前我国生产的耐火及阻燃电缆的规格、材料、结构、绝缘性能及试验方法，均符合国际IEC3328标准。在生产实践中广泛采用阻燃电缆，电缆火灾事故明显减少，保证了电网安全运行，具有明显的经济效益和社会效益。
3．1．2刷(涂)防火涂料
近年来，一些经国家鉴定合格的产品在实践中使用，效果良好，其中丙烯酸涂料适用于不良环境，改性氨基涂料适用于潮湿环境等。该涂料在电缆上的用量可参见表1。表1丙烯酸料和改性氨基涂料在电缆上的用量相对于耐火电缆和阻燃电缆，刷(涂)防火涂料的做法在国内不发达地区以及建设资金短缺的工程中得到广泛应用，具有造价低的特点，适用于一般性阻燃要求的场合。
3．1．3防火堵料、防火隔板、防火墙的设置采用防火材料制造的防火堵料、防火隔板以及(防火材料、沙石、粘土类)防火墙的设置，是变电站防火采取的基础措施，能够有效地细分防火区，对电气火灾有较好的防止延燃作用。
3．2新型产品类
近年来，随着科学技术的发展，许多新型火灾监测器在生产实际中得到推广应用，是变电站火灾监测的新方法和技术手段。通常在变电站主要设备房间、电缆夹层、电缆沟、电缆竖井、汇控柜等场所，除考虑传统的防火措施外，还应采用感烟、感温探测器，与视频监测系统配合实现火灾自动报警。
3．2．1线型感温火灾探测器
使用特点：
1)适合连续型长型可燃物体(如电缆)的保护，但必须与被保护物体保持良好接线，否则其探测效果会降低；
2)由于没有屏蔽层保护，这种线型火灾探测器极易受到电磁干扰；
3)系统仅能一次性使用，不能测出电缆的实际温度值；由于电缆数量多，系统安装及维护工作不方便，设备易损坏；不能进行早期故障预测，不能实时显示测量值，无温度趋势分析。
3．2．2热敏电阻式测温系统
可以显示温度值，由于每个热敏电阻都需要独立的接线，布线复杂且热敏电阻易损坏，故维护量大；传感器不具备自检功能，需要经常检验，因此不常采用。
3．2．3点型感烟式火灾探测器
可分为光电式和离子式，使用特点：
1)必须有烟雾颗粒进入探测器内部的光线场和电离场，因此这种探测器的保护范围受到限制，通常为几十平方米；
2)任何微粒都可能引起感烟火灾探测器动作。除火灾烟雾微粒外，还有灰尘微粒、水蒸汽、挥发性有机物，甚至小昆虫。
3．2．4点型感温式火灾探测器
感温火灾探测器必须直接接触加热空气或高温烟气，否则因为气体热交换能力相对较弱，很难使感温探测器动作。使用特点：
1)因发生火灾而引起的温度异常升高仅发生在燃烧部位及其邻近，致使探测器的探测范围有限，通常小于感烟型探测器的保护范围；
2)除非与被加热空气和火灾烟气直接发生接触，一般温度的急剧变化总会造成感温火灾探测器火灾报警的延迟。
4改进措施探讨
4．1传统火灾探测方式分析
以上几种常用的电缆火灾监测方法，在电缆敷设场所，由于潮湿、粉尘、通风不良和电磁干扰等原因引起误动是普遍存在的共性问题。潮湿和粉尘与火灾烟雾中的烟尘颗粒一样，均可进入感烟火灾探测器内部的光线场或电离场，从而导致探测器动作，发出误报警。潮湿和粉尘甚至会沉积在敏感元件表面，严重时造成感烟探测器无法正常工作。通风不良会进一步阻碍火灾烟气或加热空气与周围空气之间的热交换，并阻碍它们的流动，这种状况使感温火灾探测器的火灾报警更加延误；潮湿和灰尘在感温元件上的沉积，也会影响到感温元件的灵敏度。灰尘的沉积将会影响线型感温火灾探测器的灵敏度，而电磁干扰则有可能造成这种探测器无法正常工作。通过分析表明，传统的火灾探测方式在进行电缆火灾监测时，因为环境因素的影响，总是存在着不足，其原因如下：
1)点型感烟火灾探测器失效于电缆敷设场所的粉尘和潮湿；
2)点型感温火灾探测器不能对电缆火灾做出及时反应；
3)线型感温火灾探测器易受电缆电磁干扰影响。
4．2电缆温度在线监测方案探讨
4．2．1系统简介
系统主要应用分布式网络化、多元化测温系统原理，以图像鉴别的光学技术和图像处理计算机技术作为支撑的图像型火灾探测器为基础；采用图像型火灾探测器及后台设备组成电缆温度在线监测系统。系统具有良好的人机界面，可显示电缆沟道、电缆竖井模拟图，显示传感器所监测的实际位置及所有电缆型号、长度、截面、中间接头位置等参数。当运行中电缆出现异常时，显示画面及声音报警同时出现，可通过计算机上的电缆沟道模拟图直接查看，能迅速准确判断出发生故障的实际位置，并通过红外线摄像头实时监测电缆沟内的情况，提高电缆运行的可靠性及技术管理水平。
图像型火灾探测器的关键器件是图像甄别器和摄像机，均可密闭在防护罩中，阻隔潮湿和粉尘的影响。图像传输采用同轴屏蔽电缆，对周围的电磁干扰有良好的屏蔽作用。图像型火灾探测器的探测范围为摄像机镜头所摄范围。电缆隧道或电缆层的视觉特征是直视距离长、范围大，适合摄像机的使用。由此可对电缆温度进行在线检测，随时了解电缆的温度变化，及时发现电缆故障并进行报警。
4．2．2系统结构
系统采用全数字化网络结构，提高了整个系统的抗干扰能力。系统为双层总线结构，上层为模块级浮动隔离总线，将操作站与分布于电缆沟内的集线器连接起来。每个集线器可挂接多个离子感烟探头和温度总线，温度总线可支持智能温度传感器，并设有温度总线中继器。整个系统的数据通信采用CRC16和CRC8纠错校验，以保证系统能在恶劣环境下可靠运行，图1为系统原理结构图。
图1温度在线监测系统原理结构图
4．2．3集线器
集线器主要完成对分布于电缆沟内的感温探头及感烟探头的数据采集、自动校验和故障检测，并将结果通过模块总线发布到系统的显示操作站做进一步处理。集线器采用3个CPU冗余结构，1个通信处理器和2个冗余的信息处理器，具有极高的安全性和故障修复能力，并采用电源及模块总线的双重隔离，可耐电压3．5kV。其电源采用交流／直流l8～36V的宽电压范围供电，供电电压无需调整，确保系统能够在极恶劣的环境下长期运行。
4．2．4智能温度传感器
智能温度传感器是数字化温度传感器与总线接口的集成，具有体积小、抗干扰能力强等优点。
传感器可承受15kV的静电放电电压，工作温度为一55℃～+125oC，数字化转换时间为1s，测量误差为0．5。
4．2．5离子感烟器
离子感烟器用于检测电缆绝缘受热及燃烧时产生的化学气体(有色或无色)，这是采用红外或非离子型感烟探头所无法实现的。
4．2．6现场总线接口及操作监视站
ACCESS模块总线将操作监视站与分布于现场的集线器连接起来。它采用双隔离浮动总线技术，能承受高达3．5kV的直流电压，有效防止电缆沟内的高电压串入操作监视站，造成人员和设备损伤(这种情况往往发生在电缆火灾时)。
5结论
通过以上分析，图像型火灾探测器可在严寒、酷暑、潮湿环境、粉尘中使用，能准确监测电缆沟内的电缆故障并报警，具有良好的人机界面，可显示电缆沟道的模拟图，显示传感器所监测的实际位置及所有电缆型号、长度、截面、中问接头位置等参数，可通过计算机上的电缆沟道模拟图直接查看，方便了运行值班人员对控制电缆在电缆竖井、电缆沟内的在线监测，减少变电站的电缆故障处理时间。与此同时，系统可与主控制室的监控网络相连，实现信息共享，提高变电站的整体安全性和可靠性。因此，通过对电缆火灾的成因及消除方法分析，可以看到，若采用合理有效的防火技术和防火材料，就可以预防和控制电缆火灾的发生，提高变电站的整体安全性和可靠性，从而保证电网的安全运行。
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