控制电缆事故原因分析及其防范措施

控制电缆事故原因分析及其防范措控制电缆事故原因分析及其防范措 施施 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