在線監(jiān)測技術(shù)在預防電力電纜火災中的應用

林 衡，吳振國，唐志堅

(福州電業(yè)局，福建 福州 350009)

由于電力電纜施工布線方便，又滿足市政建設(shè)對于外觀的要求，所以在近年來的電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，電纜的使用數(shù)量在迅速增加。然而日益增多的電纜也給日常運行維護工作帶來了巨大壓力，維護工作稍有疏忽就容易導致火災事故的發(fā)生。一旦電纜溝發(fā)生火災，不僅會中斷供電，而且可能引起連鎖反應，造成重大損失。

1 火災原因

電纜燃燒的原因有很多，既可能是電纜本身存在質(zhì)量、設(shè)計缺陷等原因，也可能是施工、維護不當?shù)绕渌颉?/p>

(1) 設(shè)計不合理。電纜過載能力不夠。

(2) 施工不當。安裝過程中，電纜溝底未鋪墊砂子或軟土，也未加蓋板，電纜的彎曲半徑過?。皇┕r，未按規(guī)定分層敷設(shè)、絕緣距離不夠、敷設(shè)密度超標、施工造成電纜機械損傷等。

(3) 材料老化。因電纜自身材質(zhì)和工藝差異，有一定的壽命差別，特別是在條件惡劣的電纜溝內(nèi)，老化速度會加快。

(4) 短路事故。經(jīng)過短路電流沖擊，導致電纜絕緣性能嚴重下降，容易發(fā)生短路。

(5) 電纜接頭發(fā)熱。電纜頭壓接不緊，三相壓接頭幾何位置不對稱，壓接管壓接后有金屬毛刺，接地電阻值超標等都會導致電纜接頭發(fā)熱。

(6) 其他原因。電纜溝浸水事故或者有老鼠啃咬等都會造成電纜損傷，埋下電纜起火的隱患。

2 傳統(tǒng)的預防措施

目前，電力行業(yè)對電纜溝的管理大多還處于計劃檢修階段，一般采用定期巡視的方法對電纜溝的運行狀況進行檢查。這不但造成了很大的經(jīng)濟浪費，潛在的火災故障也很難被及時發(fā)現(xiàn)，這種管理方式已經(jīng)成為電纜溝管理的短板。對于新建的電纜溝，可以采取以下幾個措施預防火災事故的發(fā)生。

(1) 設(shè)置防火段。防火段可由防火涂料和防火隔板構(gòu)成，也可由輕型封閉式耐火槽盒構(gòu)成。

(2) 設(shè)置阻火墻。用普通紅磚砌墻，下邊在排水小溝的上面預留排水孔，且在墻的兩側(cè)涂上防火涂料，形成完整的阻火墻。電纜溝道在進入建筑物處或電纜溝交叉處應使用礦渣棉設(shè)置阻火墻。

(3) 采取防火密封。用石棉、泥、黃沙及石灰的混合物作密封填料，將電纜豎井及各種孔洞密封，以達到防火目的。

(4) 消防監(jiān)控。設(shè)置火災自動報警裝置，報警器能及時發(fā)出報警信號，以便及時采取滅火措施，防止火災蔓延，將火災撲滅在初始階段，避免或減少火災損失。

對于已經(jīng)投運的電纜溝，可以從以下幾個方面預防火災事故的發(fā)生。

(1) 科學合理調(diào)度，盡量避免超負荷運行；做好預防性試驗工作，定期對電纜進行耐壓試驗；及時消除薄弱環(huán)節(jié)及運行過程中的事故隱患。對運時間較長的電纜要適當延長試驗周期，降低耐壓標準。

(2) 檢測電纜及接頭的接地狀態(tài)。檢測電纜及接頭的接地是否良好，注意分析接地電阻的變化。

(3) 對關(guān)鍵部位進行溫度測試。進行電纜中間頭溫度的巡測，根據(jù)溫度變化分析其運行狀況。

(4) 消防監(jiān)控。設(shè)置火災自動報警裝置，以便及時發(fā)現(xiàn)火情，及時消除，減少損失。

3 在線監(jiān)測技術(shù)的應用

電纜的額定載流量是由電纜絕緣的最高允許工作溫度決定的，即由電纜線芯外表面的最高允許溫度決定。在電纜工作時，其線芯表面溫度不僅與負荷電流的大小密切相關(guān)，還與電纜絕緣中的損耗、電纜的熱傳遞特性以及環(huán)境溫度相關(guān)。對于已經(jīng)投入運行的電纜，電纜結(jié)構(gòu)和其他電纜的相位和空間關(guān)系、負荷的電壓和頻率等均已確定，電纜的總發(fā)熱量僅與導體溫度相關(guān)。所以，可以根據(jù)測溫系統(tǒng)提供的電纜表面溫度數(shù)值，配合電纜的散熱系數(shù)和周圍的敷設(shè)環(huán)境條件，建立護套表面溫度與電纜線芯溫度或載流量之間的對應關(guān)系，對電纜的線芯溫度進行反演計算，并與其允許溫度進行比較，同時計算出電纜線路的實際負載率，及早發(fā)現(xiàn)電纜早期隱患，實現(xiàn)電纜線芯溫度的非接觸在線診斷，全面提升電網(wǎng)的運行管理水平。

電纜溝內(nèi)引起的火災事故絕大多數(shù)是由電纜及電纜頭過熱引起的，而從過熱到引起火災的過程是比較緩慢的，需要有足夠的熱量積累，因此進行電纜溝及電纜頭的溫度在線監(jiān)測是必要的，這樣就可以把電纜及電纜頭過熱引發(fā)的電纜溝火災事故消滅在萌芽之中。

電纜溫度在線監(jiān)測有多種方法，下面將主要介紹施工簡單且行之有效的方法。

3.1 3種測溫電纜

測溫電纜是使用與普通電纜相類似材質(zhì)的電力電纜，施工比較方便。目前主要應用的測溫電纜可分為差溫型電纜、定溫型電纜以及線型連續(xù)尋熱式熱電偶(flexible thermocouple line detector，簡稱FTLD)電纜。

差溫型電纜采用特殊熱敏材料，根據(jù)電纜電阻的大小來推算所感應到的溫度，并且預先標定。使用時環(huán)境溫度的變化對電纜的測量精度影響很大，但相對費用較低。定溫型電纜由2根彈性鋼絲分別包敷熱敏材料，絞對成型，當溫度升到額定溫度時熱敏絕緣材料的絕緣電阻發(fā)生躍變，幾近短路，據(jù)此發(fā)出報警信號，作用相當于溫度開關(guān)。以上2種電纜雖然具備測溫能力，也比較容易施工，但測溫不夠準確，而且主要是單點測溫，適用于短距離電纜線路的測溫。

FTLD電纜是溫度傳感器技術(shù)發(fā)展取得的成果，它利用熱電效應，能夠連續(xù)自動產(chǎn)生其長度所及范圍內(nèi)，與最高溫度點溫度相對應的微電壓信號。由于它獨特的本質(zhì)安全型特性和精確無誤報的優(yōu)良品質(zhì)，最初被發(fā)達國家作為尖端技術(shù)設(shè)備鋪設(shè)在航空母艦、驅(qū)逐艦的艦艙以及軍用飛機等軍事設(shè)備上。

物質(zhì)的燃燒過程通?？煞譃樵缙陔A段、陰燃階段、火焰放熱階段及衰減階段。在早期階段，由于物質(zhì)燃燒開始的預熱和氣化作用，主要產(chǎn)生可燃氣體和不可見的氣溶膠粒子，沒有可見的煙霧和火焰，熱量也很少。在此階段，火情僅局限于隱患部位的有限范圍內(nèi)，探測火情早期預警應從此階段開始進行。傳統(tǒng)的火災探測器不能實時檢測溫度，而FTLD電纜是利用熱電效應，連續(xù)自動產(chǎn)生監(jiān)測信號。其優(yōu)點是在溫度為-40℃～180 ℃時，不僅能讓用戶測定溫度異變的幅度和速率，而且能確定溫度異變的位置。在火災尚未發(fā)生前及時進行精確的溫度反饋，進一步提高了火災探測報警系統(tǒng)的可靠性。FTLD能連續(xù)實時監(jiān)測布防區(qū)域的最高溫度，克服了傳統(tǒng)“點式”溫度傳感器只能探測“某點”溫度的缺陷，因此FTLD電纜是測溫電纜中較為理想的選擇。

3.2 網(wǎng)絡(luò)測溫

由于電纜溝空間狹小、距離長，普通測溫傳感器的施工難度高，應用難度較大。隨著科技的發(fā)展，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化傳感器很好地克服了傳統(tǒng)溫度傳感器的缺點。例如：美國DALLAS公司的DS18B20數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化溫度傳感器采用獨特的思路，成功地解決了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與成本之間的矛盾，使建立起使用方便、經(jīng)濟可靠的監(jiān)測系統(tǒng)成為可能。DS18B20應用智能化現(xiàn)場總線的技術(shù)，整個系統(tǒng)中僅有數(shù)字信號傳輸，而且傳感器、采集模塊均可聯(lián)網(wǎng)，使系統(tǒng)更可靠、更有效地辨識電纜及其接頭的老化所發(fā)生的過熱和火災事故隱患。對電纜過熱引起的火災具有較強的早期預測能力，為現(xiàn)場設(shè)備的安全運行提供了有力保證。該方案因為施工簡單，組網(wǎng)方便，在許多現(xiàn)場都有成功的應用。

3.3 光纖測溫

所謂分布式溫度傳感器(distributed temperature sensing，簡稱DTS)是相對于傳統(tǒng)點式溫度傳感器而言的。DTS可以實現(xiàn)單傳感器對線型區(qū)域甚至面型區(qū)域的檢測。DTS技術(shù)是利用某些特殊的光波在光纖中傳播時光波會攜帶沿途各點的溫度信息這一技術(shù)原理，結(jié)合微弱光信號探測、超高速信號監(jiān)測等技術(shù)手段實現(xiàn)的。由于采用了光纖作為傳感器，因而DTS技術(shù)具有了精度高、穩(wěn)定性強、壽命長等特點，是溫度傳感領(lǐng)域的發(fā)展趨勢之一。

DTS可以連續(xù)地得到沿探測光纜的所有溫度信息，不存在監(jiān)測盲區(qū)。而且光纖本身由石英材料組成，具備完全的電絕緣性；同時，光纖傳感器的信號是以光纖為載體的，具有本質(zhì)安全性，在惡劣的電磁環(huán)境仍中可以正常工作。DTS測量距離遠，適于遠程監(jiān)控，在無需中繼的情況下可以實現(xiàn)十幾公里的遠程監(jiān)測；DTS還具有靈敏度高，測量精度高、壽命長等優(yōu)點，適合對長距離的電纜溝進行精確溫度監(jiān)測。更為重要的是，DTS不僅可以監(jiān)測電纜上的異常熱點，還可以對電纜進行載流量監(jiān)控。這使得DTS既能有效預防火災事故，還可以為電纜工作情況的分析提供參考。

4 結(jié)論

測溫電纜施工比較簡單，成本較低，但需要引入外部電源，因此只適合測溫距離短、測溫點少、測溫精度要求低的場合。網(wǎng)絡(luò)式測溫施工相對電纜測溫復雜，但測溫精度更高，組網(wǎng)靈活，數(shù)字信號的抗干擾能力更強，成本也較低，但同樣需要外部電源，因此也只適合在短距離、較少監(jiān)測點的電纜溝應用。光纖測溫施工難度一般，精度高、壽命長、信號傳輸可靠、不需要外接電源，但一次性投入相對較大，因此適合長距離密集的溫度監(jiān)測，對重點供電線路的電纜溝建議采取DTS光纖溫度監(jiān)測。

對于電力系統(tǒng)電纜溝的火災隱患必須予以高度重視。只要有科學的態(tài)度，無論是新建的電纜溝還是已經(jīng)投運的，都可以通過先進的溫度在線監(jiān)測方式來實現(xiàn)實時的溫度監(jiān)測，甚至可以監(jiān)測電纜的載流情況，這不但能有效防止火災的發(fā)生，也能提高電網(wǎng)運行管理的水平，向智能電網(wǎng)更近一步發(fā)展。

1 富廷全，羅 睿，李健平．用電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)預防電纜溝火災[J]．吉林電力，1998(05).

2 李書權(quán)．電力電纜運行溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)：[學位論文]．大連：大連理工大學, 2002.

3 張 霄，劉 凱．淺析地下電纜隧道火災的撲救[J]．廣西民族大學學報(自然科學版)，2006(S1).