電力系統電纜火災事故已成為嚴重影響變電站安全運行的因素之一。據統計，我國發生的電纜火災事故造成巨大的直接或間接經濟損失，是由于防火措施不完善，火勢蔓延快，難以及時撲滅，不但直接燒損了大量的電纜和設備，而且變電站停電修復時間長，嚴重影響了企業生產和生活用電。另一方面，由于運行人員的正常監視困難，使電力設備發熱引起的事故及障礙、異常造成電網供電可靠性下降。本文通過對控制電纜火災發生原因的分析及防止方法論述，提出采用合理的防火技術和材料，可以達到預防控制電纜火災事故發生。

　　變電站是由一次及二次設備組成的統一整體，控制電纜又是其中的“大腦血管”組織，對變電站的正常運行起著至關重要的作用。通常控制電纜具有防潮、防腐和防損傷等特點，可以敷設在隧道或電纜溝內，敷設、維護和檢修較復雜，事故發生具有一定的隱蔽性。一旦發生電纜絕緣老化燒斷事故，就會造成不利影響和經濟損失。

　　1事例說明

　　330kV花園變電站是青海電網第一座330kV樞紐變，有5條330kV線路、18條110kV出

　　線、3臺24MVA變壓器，是西電東送的咽喉，承擔著西寧電網的負荷分配重任，過網負荷較大。

　　1.1事例一

　　2003年8月20日凌晨7：4O，當值運行人員發現值班樓一層有煙霧，經檢查發現煙霧來源于電纜溝。由于變電站電纜溝內控制電纜的布置上下縱橫交錯，很難快速判斷出哪一根電纜絕緣燒損，待煙霧散去后，檢查發現站內噴水池電源電纜絕緣老化發熱，外皮燃燒產生煙霧。因為煙霧影響了故障點查找，致使附近的控制電纜受到影響，其中330kV某線CSL一102型高頻保護電纜外絕緣發熱熔化，通道及裝置異常告警，導致某線必須進行保護退出處理。

　　1．2事例二

　　某變電站多數電纜由于運行時間長，絕緣老化，當電纜外皮出現脆裂現象時，事故隱患日顯嚴重。2005年末，施工單位在新增3號變擴建工程及110kVGIS設備改造工程的施工中，發現10kV小室照明(含330kV設備區施工檢修電源)電纜絕緣老化，鎧裝電纜外殼有嚴重打火現象，當時主控室無任何告警信號。

　　1．3事例三

　　2006年末，新投運的110kVGIS全封閉組合電器設備(某間隔)就地匯控柜內，由于原配加熱回路電源電纜容量與負載不匹配，運行時造成電纜內燃，波及捆扎在一起的其它控制電纜發熱，運行人員測溫時發現溫度過高，及時向有關部門匯報并申請停電處理。與此同時，恰逢線路所經地區的居民因蓋房子需要拉鋼筋，鋼筋繃斷反彈搭到線路引線上造成短路故障、保護動作、開關跳閘。事后，運行人員檢查設備時，發現匯控柜內控制電纜因發熱已經燒黑。如果短路故障發生在數小時后或控制電纜發熱發現不及時，那么控制電纜燒毀致使事故狀態下斷路器拒動引起事故擴大的可能性就非常大。

　　2原因分析及主要特點

　　2．1引起電纜火災的原因

　　1)控制電纜在長期過負荷或回路短路電流的長時間作用下，線芯發熱使電纜外絕緣老化燃燒；

　　2)控制電纜的接頭接觸不良，局部發熱導致接觸部件燃燒；

　　3)含油設備漏油或其它外部因素的起火波及控制電纜，如工程作業中的意外失火、電纜溝散熱防火措施不健全等；

　　4)控制電纜運行年久老化、絕緣層損壞；

　　5)控制電纜分類敷設不當致使發熱影響面擴大；

　　6)人為誤操作引起的控制電纜火災。

　　2．2電纜火災的主要特點

　　1)發煙量大，且產生有毒燃燒物；

　　2)火災初期不易察覺；

　　3)電纜通常在狹小的地下溝道內敷設，不利于及時進行燃燒點撲救；

　　4)電纜溝、電纜豎井縫隙多，通風助長火勢蔓延；

　　5)變電站內一旦發生控制電纜火災，其影響面廣且造成的損失嚴重；

　　6)電纜著火后迅速自熄，未釀成事故的實例也存在，主要與電纜形式、數量、布置層次數及環境條件等因素有關。

　　2．3電纜燃燒的特性分析

　　1)電纜絕緣和保護層材料的選擇，雖然以油、紙、瀝青等為絕緣材料的電纜已被明令淘汰，但更新換代需要一個過程，許多老變電站仍然有部分在使用；

　　2)目前變電站內大量使用的各類電纜絕緣材料和保護層采用可燃的有機物，分別為聚乙烯、交聯聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、天然橡膠等。這些材料的氧指數在l9及以下，一般在300oC～400℃的環境下即能引燃，并且燃燒時發熱量比同等重量的煤炭高。所以，采用這些材料制作的電纜一旦著火就不能自熄；

　　3)電纜燃燒時產生大量煙氣，其中毒氣體達到一定濃度時，就會損害人體健康甚至危及生命；

　　4)對單根聚氯乙烯電纜做燃燒試驗顯示不出延燃性，但在多根電纜群體敷設的大規模情況下，一旦電纜著火，由于電纜相互供給燃燒質造成大范圍的高溫，致使電纜形成延燃不會自熄，在供給相同空氣量的情況下，水平敷設比垂直敷設時的延燃速度及火焰傳播速度小。

　　3變電站防火阻燃措施

　　3．1傳統類

　　3．1．1采用耐火電纜和阻燃電纜

　　耐火電纜是燃燒條件下仍能在規定時間(約4h)內保持通電的電纜，以滿足發生火災時應急通道的照明、廣播、防火報警、自動消防設施及其它應急設備的正常使用，保證人員及時疏散。該電纜具有發煙量小，煙氣毒性低等特點，但造價較高，一般應用在高層建筑、電力、石油、化工、船舶等對防火安全條件要求較高的場合，是應急電源、消防泵、電梯、通訊信號系統的必備電纜。阻燃電纜特點是不易燃燒，在火災情況下有可能被燒壞，而不能運行，但可阻止火勢蔓延，能把燃燒限制在局部范圍內。這類電纜造價高，適用于有高阻燃、防爆要求的場合。目前我國生產的耐火及阻燃電纜的規格、材料、結構、絕緣性能及試驗方法，均符合國際IEC3328標準。在生產實踐中廣泛采用阻燃電纜，電纜火災事故明顯減少，保證了電網安全運行，具有明顯的經濟效益和社會效益。

　　3．1．2刷(涂)防火涂料

　　近年來，一些經國家鑒定合格的產品在實踐中使用，效果良好，其中丙烯酸涂料適用于不良環境，改性氨基涂料適用于潮濕環境等。該涂料在電纜上的用量可參見表1。表1丙烯酸料和改性氨基涂料在電纜上的用量相對于耐火電纜和阻燃電纜，刷(涂)防火涂料的做法在國內不發達地區以及建設資金短缺的工程中得到廣泛應用，具有造價低的特點，適用于一般性阻燃要求的場合。

　　3．1．3防火堵料、防火隔板、防火墻的設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、粘土類)防火墻的設置，是變電站防火采取的基礎措施，能夠有效地細分防火區，對電氣火災有較好的防止延燃作用。

　　3．2新型產品類

　　近年來，隨著科學技術的發展，許多新型火災監測器在生產實際中得到推廣應用，是變電站火災監測的新方法和技術手段。通常在變電站主要設備房間、電纜夾層、電纜溝、電纜豎井、匯控柜等場所，除考慮傳統的防火措施外，還應采用感煙、感溫探測器，與視頻監測系統配合實現火災自動報警。

　　3．2．1線型感溫火災探測器

　　使用特點：

　　1)適合連續型長型可燃物體(如電纜)的保護，但必須與被保護物體保持良好接線，否則其探測效果會降低；

　　2)由于沒有屏蔽層保護，這種線型火災探測器極易受到電磁干擾；

　　3)系統僅能一次性使用，不能測出電纜的實際溫度值；由于電纜數量多，系統安裝及維護工作不方便，設備易損壞；不能進行早期故障預測，不能實時顯示測量值，無溫度趨勢分析。

　　3．2．2熱敏電阻式測溫系統

　　可以顯示溫度值，由于每個熱敏電阻都需要獨立的接線，布線復雜且熱敏電阻易損壞，故維護量大；傳感器不具備自檢功能，需要經常檢驗，因此不常采用。

　　3．2．3點型感煙式火災探測器

　　可分為光電式和離子式，使用特點：

　　1)必須有煙霧顆粒進入探測器內部的光線場和電離場，因此這種探測器的保護范圍受到限制，通常為幾十平方米；

　　2)任何微粒都可能引起感煙火災探測器動作。除火災煙霧微粒外，還有灰塵微粒、水蒸汽、揮發性有機物，甚至小昆蟲。

　　3．2．4點型感溫式火災探測器

　　感溫火災探測器必須直接接觸加熱空氣或高溫煙氣，否則因為氣體熱交換能力相對較弱，很難使感溫探測器動作。使用特點：

　　1)因發生火災而引起的溫度異常升高僅發生在燃燒部位及其鄰近，致使探測器的探測范圍有限，通常小于感煙型探測器的保護范圍；

　　2)除非與被加熱空氣和火災煙氣直接發生接觸，一般溫度的急劇變化總會造成感溫火災探測器火災報警的延遲。

　　4改進措施探討

　　4．1傳統火災探測方式分析

　　以上幾種常用的電纜火災監測方法，在電纜敷設場所，由于潮濕、粉塵、通風不良和電磁干擾等原因引起誤動是普遍存在的共性問題。潮濕和粉塵與火災煙霧中的煙塵顆粒一樣，均可進入感煙火災探測器內部的光線場或電離場，從而導致探測器動作，發出誤報警。潮濕和粉塵甚至會沉積在敏感元件表面，嚴重時造成感煙探測器無法正常工作。通風不良會進一步阻礙火災煙氣或加熱空氣與周圍空氣之間的熱交換，并阻礙它們的流動，這種狀況使感溫火災探測器的火災報警更加延誤；潮濕和灰塵在感溫元件上的沉積，也會影響到感溫元件的靈敏度。灰塵的沉積將會影響線型感溫火災探測器的靈敏度，而電磁干擾則有可能造成這種探測器無法正常工作。通過分析表明，傳統的火災探測方式在進行電纜火災監測時，因為環境因素的影響，總是存在著不足，其原因如下：

　　1)點型感煙火災探測器失效于電纜敷設場所的粉塵和潮濕；

　　2)點型感溫火災探測器不能對電纜火災做出及時反應；

　　3)線型感溫火災探測器易受電纜電磁干擾影響。

　　4．2電纜溫度在線監測方案探討

　　4．2．1系統簡介

　　系統主要應用分布式網絡化、多元化測溫系統原理，以圖像鑒別的光學技術和圖像處理計算機技術作為支撐的圖像型火災探測器為基礎；采用圖像型火災探測器及后臺設備組成電纜溫度在線監測系統。系統具有良好的人機界面，可顯示電纜溝道、電纜豎井模擬圖，顯示傳感器所監測的實際位置及所有電纜型號、長度、截面、中間接頭位置等參數。當運行中電纜出現異常時，顯示畫面及聲音報警同時出現，可通過計算機上的電纜溝道模擬圖直接查看，能迅速準確判斷出發生故障的實際位置，并通過紅外線攝像頭實時監測電纜溝內的情況，提高電纜運行的可靠性及技術管理水平。

　　圖像型火災探測器的關鍵器件是圖像甄別器和攝像機，均可密閉在防護罩中，阻隔潮濕和粉塵的影響。圖像傳輸采用同軸屏蔽電纜，對周圍的電磁干擾有良好的屏蔽作用。圖像型火災探測器的探測范圍為攝像機鏡頭所攝范圍。電纜隧道或電纜層的視覺特征是直視距離長、范圍大，適合攝像機的使用。由此可對電纜溫度進行在線檢測，隨時了解電纜的溫度變化，及時發現電纜故障并進行報警。

　　4．2．2系統結構

　　系統采用全數字化網絡結構，提高了整個系統的抗干擾能力。系統為雙層總線結構，上層為模塊級浮動隔離總線，將操作站與分布于電纜溝內的集線器連接起來。每個集線器可掛接多個離子感煙探頭和溫度總線，溫度總線可支持智能溫度傳感器，并設有溫度總線中繼器。整個系統的數據通信采用CRC16和CRC8糾錯校驗，以保證系統能在惡劣環境下可靠運行，圖1為系統原理結構圖。

　　圖1溫度在線監測系統原理結構圖

　　

　　4．2．3集線器

　　集線器主要完成對分布于電纜溝內的感溫探頭及感煙探頭的數據采集、自動校驗和故障檢測，并將結果通過模塊總線發布到系統的顯示操作站做進一步處理。集線器采用3個CPU冗余結構，1個通信處理器和2個冗余的信息處理器，具有極高的安全性和故障修復能力，并采用電源及模塊總線的雙重隔離，可耐電壓3．5kV。其電源采用交流／直流l8～36V的寬電壓范圍供電，供電電壓無需調整，確保系統能夠在極惡劣的環境下長期運行。

　　4．2．4智能溫度傳感器

　　智能溫度傳感器是數字化溫度傳感器與總線接口的集成，具有體積小、抗干擾能力強等優點。

　　傳感器可承受15kV的靜電放電電壓，工作溫度為一55℃～+125oC，數字化轉換時間為1s，測量誤差為0．5。

　　4．2．5離子感煙器

　　離子感煙器用于檢測電纜絕緣受熱及燃燒時產生的化學氣體(有色或無色)，這是采用紅外或非離子型感煙探頭所無法實現的。

　　4．2．6現場總線接口及操作監視站

　　ACCESS模塊總線將操作監視站與分布于現場的集線器連接起來。它采用雙隔離浮動總線技術，能承受高達3．5kV的直流電壓，有效防止電纜溝內的高電壓串入操作監視站，造成人員和設備損傷(這種情況往往發生在電纜火災時)。

　　5結論

　　通過以上分析，圖像型火災探測器可在嚴寒、酷暑、潮濕環境、粉塵中使用，能準確監測電纜溝內的電纜故障并報警，具有良好的人機界面，可顯示電纜溝道的模擬圖，顯示傳感器所監測的實際位置及所有電纜型號、長度、截面、中問接頭位置等參數，可通過計算機上的電纜溝道模擬圖直接查看，方便了運行值班人員對控制電纜在電纜豎井、電纜溝內的在線監測，減少變電站的電纜故障處理時間。與此同時，系統可與主控制室的監控網絡相連，實現信息共享，提高變電站的整體安全性和可靠性。因此，通過對電纜火災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術和防火材料，就可以預防和控制電纜火災的發生，提高變電站的整體安全性和可靠性，從而保證電網的安全運行。