王安才

（攀鋼能源動力分公司，四川攀枝花 617062）

前言

在冶金企業(yè)的生產(chǎn)過程中，電纜火災(zāi)事故時有發(fā)生。尤其是電纜隧道內(nèi)的火災(zāi)事故，由于空間狹窄，隧道內(nèi)電纜敷設(shè)密集，以及煙霧的影響和電纜帶電運(yùn)行等，滅火人員進(jìn)入電纜隧道滅火存在很大的人身安全問題，從而不能及時撲滅火災(zāi)，導(dǎo)致事故擴(kuò)大，有時造成了巨大的損失。

結(jié)合電纜火災(zāi)分析典型案列，系統(tǒng)分析電纜火災(zāi)發(fā)生的原因，并提出相應(yīng)的治理措施，以提高電纜線路的安全運(yùn)行水平。

1 電纜火災(zāi)原因分析

引起電纜發(fā)生火災(zāi)的原因是多方面的。有外部原因引起的電纜著火；有系統(tǒng)過電壓引起的電纜放炮著火；也有電纜材料和施工安裝過程中的缺陷引起的電纜放炮著火。外部原因如2015 年某公司鋼水進(jìn)入電纜隧道引起電纜著火；2017 年某工程公司人員在電纜橋架旁焊接管道，火星引燃雜草樹枝，將熱電主母線送三焦化2#電纜燒壞。這里主要從電纜材料、施工安裝和維護(hù)管理方面的著火原因進(jìn)行分析。

1.1 電纜材料質(zhì)量差

1.1.1 電纜附件質(zhì)量差

使用了過期的電纜頭材料。由于附件老化，塑性降低，制做的電纜頭緊密度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，容易形成空氣間隙和水樹枝放電，直接影響電纜頭的電氣絕緣性能。

假冒偽劣附件問題更多，如：材質(zhì)不純、管壁薄、外觀粗糙、使用年限不長就會出現(xiàn)裂紋老化等現(xiàn)象，而且耐壓值也遠(yuǎn)不如正品。

1.1.2 電纜質(zhì)量差

劣質(zhì)電纜往往線芯偏心度大，線芯絕緣層不均勻，或絕緣層偏薄，甚至線芯截面積偏小。制做出的電纜中間頭自然接觸電阻大，載流量減小。

以一個電纜使用周期統(tǒng)計，在普遍使用鋁芯電纜時期的電纜故障明顯多于普遍使用銅芯電纜時期的電纜故障。鋁的強(qiáng)度不高。純鋁熔點(diǎn)低，易氧化，易斷裂。鋁的導(dǎo)電性能比銅差。鋁芯電纜熱穩(wěn)定性差，在接頭部位通常發(fā)熱較多，在電纜連接處容易發(fā)生接觸不良的惡性循環(huán)，從而導(dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生。表1是某公司不同材質(zhì)高壓電纜的故障統(tǒng)計表。

表1 能動供配電作業(yè)區(qū)6～110 kV銅芯、鋁芯電纜運(yùn)行情況統(tǒng)計表

1.2 電纜施工質(zhì)量差

一些明顯的施工缺陷，是導(dǎo)致電纜事故的直接原因。例如：施工時附件安裝位置錯位和絕緣端部沒有削成錐體，致使銅屏蔽和絕緣端部電場分布不均和電場強(qiáng)度集中，或爬距不夠而導(dǎo)致電纜頭質(zhì)量不合格；電纜頭制做時防水密封沒做好；在陰雨天氣或灰塵大的環(huán)境中作業(yè)，導(dǎo)致電纜頭受潮或進(jìn)入雜質(zhì)，影響電纜頭質(zhì)量；剝除外半導(dǎo)電層時，刀痕過深，破壞了主絕緣層，或主絕緣層上半導(dǎo)電層沒清除干凈，造成電氣絕緣強(qiáng)度降低；電纜中間頭連接金具接觸面處理不佳、導(dǎo)體連接時線芯不到位、導(dǎo)體損傷、壓力不夠等，都會導(dǎo)致電纜中間頭接觸電阻超過允許值。［1］電纜頭接觸電阻過大，引起發(fā)熱是導(dǎo)致電纜故障的一個重要原因。圖1是某公司電纜放炮和火災(zāi)事故后圖片。

圖1 電纜中間頭放炮事故

電纜頭制做工藝粗糙等原因，給電纜發(fā)生火災(zāi)留下了隱患。據(jù)統(tǒng)計，因電纜頭故障而導(dǎo)致的電纜火災(zāi)、爆炸事故占到電纜總事故的70%左右。

1.3 電纜運(yùn)行環(huán)境差

電纜周邊有熱源或電纜散熱不好，使電纜環(huán)境溫度較高，導(dǎo)致電纜中間頭和本體的溫度也同步上升。電纜長期運(yùn)行溫度較高，形成惡性循環(huán)，容易發(fā)生絕緣老化和熱擊穿事故。表2是某發(fā)電機(jī)10 kV電纜在不同環(huán)境溫度下的本體溫度。

表2 25 MW發(fā)電機(jī)電纜在不同散熱地段的溫度

電纜被水浸泡。電纜在廠區(qū)通常敷設(shè)在地下，位置較低，被水浸泡的風(fēng)險較大。電纜被水浸泡后潮氣進(jìn)入電纜材料與線芯絕緣之間，降低電纜絕緣強(qiáng)度和電氣強(qiáng)度，形成水樹枝放電，引起電纜事故。2002年12月31日和2003年2月6日，能動分公司坪二變電所送煉鋼1#板坯35 kV 方317 電纜2 次被水浸泡后放炮起火，每次都造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和生產(chǎn)影響。2016 年2 月25 日，新冶煉變電所送新五水1#電纜中間頭被水浸泡2 次后放炮，更換隧道內(nèi)200 m電纜，制做兩個中間接頭。

1.4 電纜負(fù)載過重或溫度過高

電纜過負(fù)荷運(yùn)行將導(dǎo)致電纜超溫。電纜長期在溫度較高狀態(tài)下運(yùn)行，將使絕緣老化過速，降低電纜的電氣絕緣強(qiáng)度，縮短電纜的使用壽命。圖2是某發(fā)電機(jī)10 kV電纜增容前后的斷面圖。

圖2 25 MW發(fā)電機(jī)電纜增容前后斷面圖

能動分公司25 MW 發(fā)電機(jī)電纜原來是6根ZCYJV-10-1×800 的單芯電纜，A、B、C 三相三角形排列，于2005 年11 月投入運(yùn)行，經(jīng)常負(fù)荷為1 450 A。在新冶煉至坪一變電所隧道1#-2#電纜井之間環(huán)境溫度32 ℃時，電纜中間頭溫度達(dá)62 ℃。2011 年，此開路又增加了3 根相同規(guī)格型號的電纜，同樣在冶坪隧道1#-2#電纜井之間環(huán)境溫度32 ℃時，電纜中間頭溫度降為42 ℃。表3 是某發(fā)電機(jī)10 kV 電纜增容前后相同負(fù)荷下的本體溫度。

表3 25 MW發(fā)電機(jī)增加電纜前后的溫度

1.5 電纜沒有自動滅火裝置

電纜沒有自動滅火裝置，一旦封閉在隧道內(nèi)的電纜發(fā)生火災(zāi)，人員不能進(jìn)入隧道滅火的情況下，只能任由火災(zāi)蔓延。

1989 年10 月12 日，供電局向陽變電站配出陽10 電纜放炮起火，導(dǎo)致在向陽變電站至焦化廠隧道1#－2#電纜井之間所有電纜全部燒毀，該公司所有高爐全停。

2009 年3 月26 日17∶26，能動分公司新冶煉變電所送煉鐵廠燒結(jié)3#受電過流保護(hù)跳閘，隨后冶燒隧道內(nèi)15 開路電纜相繼跳閘，截至3 月27 日0∶45，隧道內(nèi)的火被全部撲滅，燃燒時間持續(xù)約7 h。事故導(dǎo)致4座高爐停產(chǎn)，造成重大經(jīng)濟(jì)損失和生產(chǎn)影響。圖3是該起電纜火災(zāi)事故局部圖片。

圖3 2009年3.26冶燒電纜隧道火災(zāi)事故現(xiàn)場

這兩起重大的電纜火災(zāi)事故都是隧道內(nèi)電纜著火后，沒有可靠的滅火措施。從電纜井噴進(jìn)的水都在地上流，起不到滅火的作用，燃燒到下一個電纜井時，才將火撲滅。

2 電纜火災(zāi)的治理措施

引發(fā)電纜火災(zāi)事故有多方面的原因，它貫穿著電纜的制造、施工安裝、維護(hù)管理、火災(zāi)預(yù)防、火災(zāi)控制的整個過程。其中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會給電纜火災(zāi)事故留下隱患。因此，應(yīng)從質(zhì)量方面入手，從安全方面控制，改善環(huán)境，完善措施，確保電纜穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1 確保電纜及其施工質(zhì)量

電纜質(zhì)量不合格主要表現(xiàn)為電纜耐壓不合格、絕緣電阻低、泄漏電流大，電纜頭發(fā)熱嚴(yán)重等。

設(shè)計施工中，應(yīng)選用電纜線芯標(biāo)準(zhǔn)、絕緣層標(biāo)準(zhǔn)、偏心度符合標(biāo)準(zhǔn)的電纜。避免在敷設(shè)時對電纜造成傷害，環(huán)境復(fù)雜的地方宜選用鎧裝電纜。圖4是電纜頭制做安裝圖。

圖4 電纜中間頭制做

規(guī)程規(guī)定：電纜中間頭的線芯接觸電阻不大于電纜本體電阻的1.2 倍。電纜施工后，運(yùn)行中電纜絕緣強(qiáng)度和電氣強(qiáng)度等符合標(biāo)準(zhǔn)，泄漏電流在合格范圍內(nèi)。所使用電纜附件質(zhì)量可靠，施工人員應(yīng)熟煉掌握施工工藝，嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行操作。絕緣表面應(yīng)清除干凈，不得傷及主絕緣。接頭應(yīng)做好防水措施，防止絕緣強(qiáng)度不夠拉弧放電造成電纜放炮事故。反應(yīng)力錐錐面必須光滑，錐面的長度遠(yuǎn)大于絕緣端部直角邊的長度，這樣延著錐面的切向場強(qiáng)遠(yuǎn)小于絕緣直角邊的切向場強(qiáng)，延錐面擊穿的可能性大大降低，從而提高了電纜頭的電氣性能。［1］選用壓接噸位大、模具吻合好、壓坑面積足，壓接效果能滿足技術(shù)要求的壓接機(jī)具，并做好壓接前的界面處理。

2.2 加強(qiáng)電纜的點(diǎn)檢維護(hù)管理

2.2.1 掌握電纜劣化傾向、實施預(yù)知狀態(tài)維修

建立崗位點(diǎn)檢、專職點(diǎn)檢、精密點(diǎn)檢和技術(shù)診斷相結(jié)合的電纜管理防護(hù)體系。對電纜的溫度，負(fù)荷電流，定檢試驗的耐壓值、泄漏電流、絕緣電阻等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，分析對比，掌握電纜的運(yùn)行穩(wěn)定性和劣化傾向程度。通過預(yù)知狀態(tài)維修，以達(dá)到充分利用電纜價值和在電纜發(fā)生事故前及時將其隱患處理掉。表4是電力電纜點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)參照表。

表4 點(diǎn)檢執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)登記-工作項目

2.2.2 改善電纜的運(yùn)行環(huán)境

電纜通廊的選擇應(yīng)確保電纜不被外部因素傷害，避開容易地質(zhì)位移和熱輻射的地方。應(yīng)采取可靠的保證安全的技術(shù)措施，使電纜通風(fēng)散熱良好，降低電纜運(yùn)行環(huán)境溫度，避免被水浸泡等。

電纜載流量應(yīng)留有適當(dāng)余度，不要使電纜載流量剛好能滿足負(fù)荷電流，負(fù)荷電流應(yīng)占電纜實際載流量的70%～80%為宜。

2.3 安裝電纜在線監(jiān)測裝置

當(dāng)電纜的某一點(diǎn)或局部發(fā)熱嚴(yán)重時，通過測量該點(diǎn)的溫度及其變化率，可及時報告該位置火災(zāi)隱患，防止電纜的爆炸或失火。

2.3.1 電纜溫度實時監(jiān)測裝置

感溫電纜［2］：用感溫電纜安裝在電纜上，當(dāng)電纜某處的溫度達(dá)到感溫電纜出廠時的設(shè)定值時，感溫電纜呈現(xiàn)短路狀態(tài)報警，通過檢則感溫電纜的短路狀態(tài)，可知電纜故障點(diǎn)的大概位置，并及時進(jìn)行檢測和處理。圖5是電纜在線測溫裝置網(wǎng)絡(luò)圖。

圖5 電纜在線測溫管理裝置

測溫探頭：由于電纜發(fā)生故障多在電纜接頭處或惡劣環(huán)境處，將密閉式集成電路點(diǎn)式感溫傳感器，放在電纜中的可疑或重要部位，可檢測到電纜局部的溫度及其變化率，可掌握電纜運(yùn)行狀況和及時發(fā)現(xiàn)問題。

離子感溫探測器：當(dāng)火災(zāi)事故一旦發(fā)生了，它會產(chǎn)生大量的熱量和高溫?？梢酝ㄟ^離子感溫探測器來判斷電纜隧道中溫度的變化，并用最快的速度報告人們火災(zāi)發(fā)生的位置。

2.3.2 火災(zāi)自動報警裝置

針對電纜發(fā)生火災(zāi)后不能及時知道發(fā)生火災(zāi)和著火點(diǎn)的問題，安裝火災(zāi)自動報警裝置。電纜著火后，其煙霧或溫度被安裝在隧道頂部的離子感煙探測器或離子感溫探測器探測到，立即在控制室主機(jī)上報警，值班人員根據(jù)報警探頭編號就可知道報警位置，并迅速組織人員檢查滅火或啟動滅火裝置滅火。

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)是由觸發(fā)裝置（探頭、手動報警按鈕）、火災(zāi)報警裝置、聯(lián)動輸出裝置以及具有其它輔助功能的裝置組成。

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)具有能在火災(zāi)初期，將燃燒產(chǎn)生的煙霧、熱量、火焰等物理量，通過火災(zāi)探測器變成電信號，傳輸?shù)交馂?zāi)報警控制器，并同時以聲或光的形式通知監(jiān)測區(qū)域。

控制器記錄火災(zāi)發(fā)生的部位、時間等，使人們能夠及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，并及時采取有效措施，撲滅初期火災(zāi)，最大限度的減少因火災(zāi)造成的生命和財產(chǎn)損失。圖6是火災(zāi)報警原理圖及探測器。

圖6 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)

這種感煙探測器不僅對煙霧報警，對煤氣、灰塵也會報警。所以人員去檢查時，要了解設(shè)備情況，通過各方面信息綜合分析判斷，對現(xiàn)場情況有所了解。2016 年5·23 事故3 人在電纜隧道內(nèi)煤氣中毒死亡，就是因為火災(zāi)報警探頭探測到一氧化碳超標(biāo)報警后進(jìn)入隧道處理而造成的。

2.4 安裝自動滅火裝置

即使加強(qiáng)電纜的施工管理和運(yùn)行維護(hù)管理，完善各種監(jiān)測手段，也不能完全避免電纜火災(zāi)事故的發(fā)生。因此，只有尋找采用完善、先進(jìn)、自動的滅火裝置，才能保證電纜燃爆故障時能及時并自動處理不擴(kuò)大火災(zāi)事故，從而保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和企業(yè)的安全生產(chǎn)。

2.4.1 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

針對電纜著火后沒有自動滅火裝置，只能任由火災(zāi)蔓延的問題，在重要電纜隧道、變電所地下室、電纜夾層等區(qū)域安裝細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。其細(xì)水霧能快速全淹沒隧道分區(qū)的所有空間，利用窒息和冷卻原理，迅速將火熄滅。圖7 是細(xì)水霧滅火系統(tǒng)原理圖。

圖7 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)原理圖

細(xì)水霧滅火技術(shù)于20 世紀(jì)40 年代用于輪船滅火。自90年代開始，我國也把細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的開發(fā)列入國家“九五”科技攻關(guān)項目。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)對火災(zāi)反應(yīng)速度快、火災(zāi)損失小、耗水量低、工程和安裝成本低、加上它綠色環(huán)保、二次災(zāi)害損失小等各方面綜合比較，優(yōu)于傳統(tǒng)的氣體滅火系統(tǒng)和水噴霧、水噴淋滅火系統(tǒng)，已經(jīng)越來越多的被用戶采用。圖8 是細(xì)水霧滅火系統(tǒng)泵房、分區(qū)控制閥及差定溫火災(zāi)探測器。

圖8 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

自2017 年至2020 年，該公司分四期對火災(zāi)風(fēng)險很大的弄弄坪冶燒、冶水、礦槽、冶坪電纜隧道，坪鋼、鋼鑄電纜隧道，坪焦、坪鐵、冶電電纜隧道，方軌和方熱電纜隧道等完成了細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的安裝調(diào)試，總長5 420 m。

2.4.2 安裝懸掛式干粉滅火器

在電纜隧道、電纜夾層、變電所或地下室等電纜交叉密集或火災(zāi)危險性大的地方，安裝懸掛式干粉滅火器，用于自動撲滅電纜火災(zāi)。

懸掛式干粉滅火器通常由罐體、感溫玻璃噴頭、壓力表、吊環(huán)等部件組成。內(nèi)裝碳酸氫鈉干粉滅火劑，然后再充以適量的驅(qū)動氣體氮?dú)?。在噴口部位裝有感溫玻璃噴頭，起火時溫度升高，內(nèi)部的滅火藥劑發(fā)生分解、汽化和膨脹。當(dāng)膨脹力超過玻璃管的耐壓強(qiáng)度的時候，玻璃管就會發(fā)生爆破，從而產(chǎn)生大量的二氧化碳和氨氣，對著火區(qū)域進(jìn)行窒息和冷卻。

懸掛式干粉滅火器不用敷設(shè)管線。其結(jié)構(gòu)輕便、小巧合理。懸掛式干粉自動滅火器是各種消防系統(tǒng)的輔助消防設(shè)備。圖9是懸掛式干粉滅火器及在電纜隧道內(nèi)的安裝。

該公司通過對主要變配電站所受電電纜的精心維護(hù)管理，提高電纜施工質(zhì)量和監(jiān)測手段等方法，電纜故障大幅下降，電纜的運(yùn)行穩(wěn)定性大幅提高，進(jìn)一步增強(qiáng)了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和確保了各生產(chǎn)單位的正常生產(chǎn)。表5是對電纜更新改造和精心維護(hù)前后的統(tǒng)計分析表。

圖9 懸掛式干粉滅火器

3 結(jié)束語

電纜火災(zāi)的預(yù)防和控制，以起火為零界點(diǎn)，分為事前預(yù)防和事后控制。事前預(yù)防措施包括確保電力電纜及附件質(zhì)量、電纜頭質(zhì)量，改善電纜運(yùn)行環(huán)境，對電纜定期檢測試驗，設(shè)置電纜監(jiān)測裝置等。電纜火災(zāi)事后控制措施包括安裝火災(zāi)自動滅火系統(tǒng)，火災(zāi)自動報警裝置，防火墻，防火門，防火槽盒，滅火器等。

近年來，能動分公司充分發(fā)揮各崗位部門的作用，做好電纜及附屬設(shè)施的維護(hù)檢修管理，采取提高電纜施工質(zhì)量、改善電纜運(yùn)行環(huán)境、增設(shè)電纜監(jiān)測裝置和滅火設(shè)施等方法，有效的預(yù)防和控制了電纜火災(zāi)事故的發(fā)生。通過檢修崗位人員的精心維護(hù)，各級管理部門的精細(xì)化管理，能動分公司高壓電纜故障次數(shù)大幅下降，在高壓電纜數(shù)量增加112 km 的情況下，故障從1989～1999年平均每年8.6次，降到2000～2019 年平均每年4.1 次，故障率減少1.72 次/（a·102km）。電纜著火事故從前10 年的5.7次/a減少到2.1 次/a。

預(yù)防和控制電纜火災(zāi)事故是一個綜合性的課題。它不是靠一種方法或一種措施就可以做到的，它包括從電纜的負(fù)載及容量設(shè)計、電纜通廊的設(shè)計、電纜制造和運(yùn)輸、施工安裝、以及維護(hù)管理等方面的一個“大設(shè)備”體系。只有將各個環(huán)節(jié)都做好了，才可以減少電纜故障，避免火災(zāi)事故的發(fā)生。