電纜運(yùn)行應(yīng)急狀態(tài)模型的構(gòu)建與功能

邵建華

（上海市電力公司檢修公司，上海 200072）

0 引言

通過(guò)對(duì)電網(wǎng)重大事故的統(tǒng)計(jì)分析，輸電線路和變電設(shè)備的故障，是誘發(fā)電網(wǎng)事故的主要原因。例如，2006年7月17日，紐約市由于天氣炎熱造成電纜損傷，持續(xù)1周大停電，影響到10萬(wàn)人生活。又如，2008年10月19日，委內(nèi)瑞拉一條主要供電電纜故障，導(dǎo)致全國(guó)大部分地區(qū)停電，影響到數(shù)千戶居民生活。這兩個(gè)案例說(shuō)明了，電纜的正常運(yùn)行直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全供電。

與架空輸電線路相比，電力電纜具有運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜、施工難度大、工藝要求高、缺陷較為隱蔽等諸多特點(diǎn)，因而建立電纜運(yùn)行的應(yīng)急模型十分必要，這對(duì)于預(yù)防電纜故障的發(fā)生，發(fā)生故障后的嚴(yán)重化和擴(kuò)散化，都具有重大意義。

1 電纜運(yùn)行應(yīng)急狀態(tài)的定義

1）定義 電纜運(yùn)行應(yīng)急狀態(tài)是指電力電纜在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的難以預(yù)料、不確定性、較大的突發(fā)事件。該事件已經(jīng)造成或在短期內(nèi)將要造成巨大危害，表現(xiàn)為線路跳閘停電、人身安全損害和電網(wǎng)設(shè)備損壞，需要在緊迫的時(shí)段內(nèi)給予快速和妥善處置。

2）分類(lèi) 電纜運(yùn)行應(yīng)急狀態(tài)，一般分為電纜危急缺陷狀態(tài)和故障狀態(tài)兩大類(lèi)。①危急缺陷狀態(tài)指電纜出力迅速下降、情況危急，必須立即處理，否則會(huì)發(fā)生人身傷亡、設(shè)備損壞或停電事故，如充油電纜嚴(yán)重漏油、電纜附件發(fā)生嚴(yán)重局部放電、接線樁頭溫度過(guò)高、外護(hù)層絕緣嚴(yán)重?fù)p傷或缺失。②故障狀態(tài)指電纜已經(jīng)沒(méi)有出力并退出運(yùn)行，如電網(wǎng)出現(xiàn)跳閘停電。

3）特點(diǎn) 電纜運(yùn)行應(yīng)急狀態(tài)具有脆弱性、緊迫性、危害性和不確定性，主要表現(xiàn)在以下方面：①電纜綿延，敷設(shè)地廣，無(wú)人看護(hù)，大多暴露于自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境之中。因而，電纜對(duì)于其外部環(huán)境而言具有很大的脆弱性，如地震、臺(tái)風(fēng)、洪水、高溫天氣、人為偷盜、施工外損、違規(guī)操作等，都極易對(duì)電纜造成突發(fā)性損害。②電纜發(fā)生故障，會(huì)打破供需平衡，造成參數(shù)紊亂、誤跳停電，甚至大面積停電，處理故障時(shí)間要求快速有效，具有很大的緊迫性。③電纜突發(fā)故障停電，會(huì)造成一系列衍生災(zāi)害，具有很大的危害性。如交通信號(hào)燈失靈，會(huì)使交通秩序混亂；醫(yī)療搶救設(shè)備停用，導(dǎo)致患者生命垂危等。④電纜埋在地下，其上方蓋有保護(hù)板，或敷設(shè)于電纜溝，或敷設(shè)于電纜隧道，保護(hù)屏障使得電纜隱患難以被發(fā)現(xiàn)，具有很大的不確定性，如停電后查找電纜故障點(diǎn)十分困難。

4）生命周期曲線 為了更好地了解電纜應(yīng)急狀態(tài)的發(fā)生和演變過(guò)程，引入二維坐標(biāo)系，分別將時(shí)間和影響程度兩個(gè)維度，分別設(shè)置為該坐標(biāo)系的橫、縱坐標(biāo)軸，利用電纜運(yùn)行生命周期曲線圖，描述應(yīng)急狀態(tài)在無(wú)外力作用下的自然發(fā)展過(guò)程，如圖1所示。

圖1 電纜運(yùn)行應(yīng)急狀態(tài)的生命周期曲線

由圖1可以看出，電纜運(yùn)行生命周期曲線總體呈拋物線形，根據(jù)拋物線上升階段陡峭程度的不同，可以分為突發(fā)型應(yīng)急狀態(tài)和漸變型應(yīng)急狀態(tài)。

①突發(fā)型應(yīng)急狀態(tài)在圖1中表現(xiàn)為曲線上升段較陡峭，表示電網(wǎng)在極短時(shí)間內(nèi)由正常運(yùn)行跳躍至停電狀態(tài)，如由雷擊過(guò)電壓、外力損傷電纜等重大電纜事故。②漸變型應(yīng)急狀態(tài)在圖1中表現(xiàn)為曲線上升段較平緩，表示電纜由正常運(yùn)行狀態(tài)發(fā)展為一般缺陷，由一般缺陷發(fā)展為重大缺陷，由重大缺陷發(fā)展為危急缺陷，只有當(dāng)該應(yīng)急狀態(tài)沒(méi)有得到有效處理時(shí)才會(huì)造成跳閘停電。如因長(zhǎng)期日曬雨淋、超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，造成電纜熱縮管套件老化，發(fā)生接頭放電現(xiàn)象。

2 電纜運(yùn)行應(yīng)急狀態(tài)模型

根據(jù)電纜運(yùn)行應(yīng)急狀態(tài)生命周期的特點(diǎn)，可以由預(yù)防、準(zhǔn)備、響應(yīng)、恢復(fù)，4個(gè)模塊組成電纜運(yùn)行應(yīng)急狀態(tài)模型，如圖2所示。

圖2 電纜運(yùn)行應(yīng)急模型

2.1 預(yù)防模塊

預(yù)防模塊的功能是對(duì)電纜運(yùn)行應(yīng)急狀態(tài)產(chǎn)生的原因進(jìn)行識(shí)別和制定預(yù)控措施。

2.1.1 分類(lèi)梳理

采用因果圖工具對(duì)電纜運(yùn)行應(yīng)急狀態(tài)的產(chǎn)生原因進(jìn)行分類(lèi)梳理。對(duì)于危急缺陷，產(chǎn)生的原因一般可分為以下七種類(lèi)型：①腐蝕損壞，包括浸水、電腐蝕、熱腐蝕、化學(xué)腐蝕或者電解腐蝕；②施工不良，是指絕緣表面有雜質(zhì)、絕緣內(nèi)有水分、終端頭熱收縮過(guò)度和野蠻施工，包括尾管封堵不嚴(yán)、應(yīng)力點(diǎn)部位有熱點(diǎn)和導(dǎo)線壓接不到位；③工藝不良，是指屏蔽層接頭采用纏繞壓接法施工；④外力損壞，包括施工碰線、偷盜、地面下沉、絕緣膠膨脹和振動(dòng)；⑤運(yùn)行不當(dāng)，包括過(guò)載運(yùn)行、雷擊過(guò)電壓、內(nèi)部過(guò)電壓；⑥制造不良，是指外護(hù)層不密封、屏蔽層厚度不均勻，包括壓鉛有砂眼；⑦老化，包括密封圈老化和熱縮管老化。

2.1.2 應(yīng)急策略

應(yīng)用ABC原理對(duì)電纜運(yùn)行應(yīng)急狀態(tài)的預(yù)防性措施進(jìn)行分類(lèi)，可以參見(jiàn)表1。相應(yīng)的應(yīng)急策略有以下3種。

表1 應(yīng)急狀態(tài)預(yù)防措施分類(lèi)

1）遠(yuǎn)離策略 使風(fēng)險(xiǎn)源遠(yuǎn)離工作環(huán)境或使工作環(huán)境遠(yuǎn)離風(fēng)險(xiǎn)源，通常有兩種技術(shù)措施。一是，將電纜遠(yuǎn)離風(fēng)險(xiǎn)源。例如，當(dāng)電纜與電車(chē)軌道平行敷設(shè)時(shí)，二者距離不應(yīng)小于2 m。二是，將電纜與風(fēng)險(xiǎn)源隔離。例如，對(duì)電纜敷設(shè)的走廊采取防火隔斷技術(shù)措施，在電纜密集處裝設(shè)防火隔板，在電力室的電纜表面涂刷防火材料，并用防火材料封堵孔洞。

2）改善策略 比要求做得更好，用以抵制風(fēng)險(xiǎn)或危機(jī)的根源，通常有四種技術(shù)措施：一是，密切監(jiān)控電纜的敷設(shè)全過(guò)程，實(shí)施電纜的零缺陷敷設(shè)。例如，避免制作接頭時(shí)工作環(huán)境濕度過(guò)大，空氣懸浮顆粒過(guò)多。二是，采用先進(jìn)的施工工藝，改善電纜運(yùn)行的技術(shù)性能指標(biāo)。例如，采用冷縮電纜頭代替熱縮電纜接頭，可以有效解決電纜屏蔽斷面處應(yīng)力集中的問(wèn)題。三是，建立防范機(jī)制，從根本上避免危險(xiǎn)源的出現(xiàn)。例如，在電纜線路附近施工時(shí)，應(yīng)有電纜護(hù)線人員向施工人員進(jìn)行施工交底，并在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)施工全過(guò)程。四是，落實(shí)緩沖措施，弱化危險(xiǎn)源對(duì)于電纜安全運(yùn)行的影響。例如，當(dāng)敷設(shè)電纜臨近熱源運(yùn)行時(shí)，應(yīng)避免電纜敷設(shè)過(guò)于密集，也可采取加裝通風(fēng)裝置。

3）相容策略 與能夠抵制風(fēng)險(xiǎn)或危機(jī)根源的制度相容，通常有三種技術(shù)措施：一是，根據(jù)電纜運(yùn)行的特點(diǎn)，制定針對(duì)性的巡視周期，嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)書(shū)規(guī)定的技術(shù)要求和操作規(guī)程執(zhí)行巡視任務(wù)。對(duì)于強(qiáng)降水、破壞性地震、重大比賽等特定電纜運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)應(yīng)急要求組織特巡。二是，選擇電氣指標(biāo)和周?chē)h(huán)境指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，制定合理的監(jiān)測(cè)周期，明確檢測(cè)指標(biāo)的安全閾值和預(yù)警閾值。例如，對(duì)充油電纜進(jìn)行油壓監(jiān)測(cè)和紅外測(cè)溫。三是，根據(jù)電纜設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)，制定針對(duì)性的檢修周期，嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)書(shū)規(guī)定的技術(shù)要求和操作規(guī)程，執(zhí)行巡視任務(wù)。

對(duì)于集中發(fā)生的施工不良、工藝不良和技術(shù)問(wèn)題，需要重點(diǎn)對(duì)由同一施工隊(duì)伍建設(shè)的電纜、或使用相同工藝的電纜、或使用同一批次電纜套件的電纜，實(shí)施針對(duì)性地技改措施或進(jìn)行大修。

2.2 準(zhǔn)備模塊

準(zhǔn)備模塊是對(duì)電纜運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)，并配置相應(yīng)的人員、設(shè)備、材料、搶修方案、信息與資料等資源要素。

2.2.1 狀態(tài)分級(jí)

對(duì)電纜運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)要與政府應(yīng)急部門(mén)和上級(jí)公司應(yīng)急部門(mén)建立聯(lián)動(dòng)機(jī)制，第一時(shí)間獲得政府和上級(jí)公司統(tǒng)一發(fā)布和取消的預(yù)警狀態(tài)指令。同時(shí)，建立與氣象、地質(zhì)、水情等專業(yè)預(yù)防預(yù)測(cè)和監(jiān)控預(yù)警部門(mén)的協(xié)作機(jī)制，了解惡劣天氣和重大自然災(zāi)害的實(shí)時(shí)信息，評(píng)估這些事件對(duì)電纜正常運(yùn)行的影響程度，并根據(jù)應(yīng)急狀態(tài)產(chǎn)生的可能性和其后果的嚴(yán)重性，對(duì)電纜運(yùn)行中的狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)。例如，可根據(jù)氣溫分別設(shè)置日常狀態(tài)（33℃及以下），一級(jí)預(yù)警狀態(tài)（33～35℃），二級(jí)預(yù)警狀態(tài)（35～37℃）和三級(jí)預(yù)警狀態(tài)（37℃及以上）。

2.2.2 提前準(zhǔn)備要素

1）人員準(zhǔn)備 針對(duì)不同級(jí)別的電纜運(yùn)行狀態(tài)分別設(shè)立針對(duì)性領(lǐng)導(dǎo)和組織機(jī)構(gòu)，并明確該組織所有成員的職能，為不同級(jí)別的預(yù)警狀態(tài)設(shè)立相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員總數(shù)和值班班次。對(duì)于確定現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員，可以通過(guò)建模仿真實(shí)現(xiàn)。例如，采用Arena軟件，以排隊(duì)論為理論依據(jù)，對(duì)某電網(wǎng)公司故障搶修流程進(jìn)行模擬仿真。仿真針對(duì)不同的電壓等級(jí)（380 V，10 k V，35 k V）分別建立模塊，以故障頻率、搶修時(shí)間和搶修人員需求為輸入，評(píng)估目前搶修人員配置是否合理，并給出優(yōu)化后的人員數(shù)量建議。對(duì)于故障頻率，仿真時(shí)假設(shè)各電壓等級(jí)故障服從負(fù)指數(shù)分布（Expo（x）），并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)得出λ值。對(duì)于搶修時(shí)間，從歷史數(shù)據(jù)中模擬，采用三角分布。對(duì)于人員需求，采用調(diào)研訪談方式，由搶修管理人員提供數(shù)據(jù)。仿真結(jié)果顯示，目前的搶修人員配備不能滿足要求，需要增加搶修負(fù)責(zé)人的數(shù)量。在增加1名搶修負(fù)責(zé)人的情況下，所有電壓等級(jí)的平均等待時(shí)間均顯著減少，最長(zhǎng)等待時(shí)間可減少一半，參見(jiàn)表2。

表2 搶修等待時(shí)間仿真結(jié)果 min

2）物資準(zhǔn)備 應(yīng)急工器具包括充油電纜搶修工具箱、交聯(lián)電纜搶修工具箱、信號(hào)系統(tǒng)搶修工具箱和搶修安全用具箱等；應(yīng)急資料包括附有繪圖儀打印的電纜單線圖、該電纜資料（型號(hào)、截面、長(zhǎng)度等）、搶修流程記錄單和各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)記錄單等；應(yīng)急車(chē)輛包括搶修工井車(chē)、應(yīng)急電源車(chē)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、照明車(chē)等；搶修材料包括電纜和電纜附件；通訊工具包括網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)和對(duì)講機(jī)等。

3）方案準(zhǔn)備 應(yīng)急方案需包括臨時(shí)搶修點(diǎn)的設(shè)立情況，設(shè)備特巡的周期和要求規(guī)定，需要針對(duì)性開(kāi)展的檢查、測(cè)試和消缺工作，故障指揮人員和搶修隊(duì)伍的具體值班安排，搶修物資的具體安排，赴可能發(fā)生故障地點(diǎn)的車(chē)輛行進(jìn)路線圖或說(shuō)明，針對(duì)可能發(fā)生電纜故障的具體搶修方案。

2.3 響應(yīng)模塊

響應(yīng)模塊是遵循科學(xué)的工作流程開(kāi)展檢修和搶修，以最快的速度消除危急缺陷，或修復(fù)故障并恢復(fù)供電，電纜故障響應(yīng)流程參見(jiàn)圖3。

1）信息收集 設(shè)備主人在巡視過(guò)程中發(fā)現(xiàn)危急缺陷，調(diào)度員發(fā)現(xiàn)跳閘停電后，記錄缺陷或故障的信息并登入計(jì)算機(jī)平臺(tái)，包括電壓等級(jí)、設(shè)備類(lèi)型、設(shè)備名稱、缺陷等級(jí)、缺陷來(lái)源、缺陷內(nèi)容、發(fā)現(xiàn)人、發(fā)現(xiàn)時(shí)間、發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)，以及當(dāng)天的天氣、氣溫、負(fù)荷等情況等。

圖3 電纜故障響應(yīng)流程圖

2）方案制定 根據(jù)缺陷和故障的信息確定消缺或搶修方案，采用一級(jí)制定、一級(jí)審批的方式。一般由主管電纜運(yùn)維的相關(guān)人員負(fù)責(zé)制定和審批方案，110 k V及以上電壓等級(jí)的搶修處置方案技術(shù)性較強(qiáng)，由技術(shù)質(zhì)量部門(mén)的專職和主任分別制定和審批。

3）出發(fā)準(zhǔn)備 計(jì)劃員根據(jù)需要聯(lián)系確定停電時(shí)間，確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)安全措施，檢修或搶修負(fù)責(zé)人詳細(xì)了解設(shè)備名稱和類(lèi)型、缺陷或故障性質(zhì)及狀況，明確檢修或搶修的作業(yè)要求，并打印所需的電纜資料交各電纜班組實(shí)施檢修或搶修。

4）現(xiàn)場(chǎng)處置 作業(yè)班組趕赴現(xiàn)場(chǎng)后，根據(jù)已確定的方案實(shí)施檢修或搶修；對(duì)于電纜故障，在搶修前還需經(jīng)調(diào)度許可進(jìn)行故障測(cè)試，查找到故障點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)處置完成后，檢修人員將電纜提交設(shè)備主人現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收確保合格，搶修人員對(duì)電纜做耐壓試驗(yàn)確保合格。

5）驗(yàn)收匯報(bào) 現(xiàn)場(chǎng)處置小組將檢修或搶修的工作量登入計(jì)算機(jī)平臺(tái)，提交設(shè)備運(yùn)行人員。搶修情形下還需通知調(diào)度和各地測(cè)繪班，后者對(duì)電纜資料進(jìn)行修改。

2.4 恢復(fù)模塊

恢復(fù)模塊是對(duì)應(yīng)急響應(yīng)的過(guò)程作出評(píng)估，總結(jié)在資源準(zhǔn)備和調(diào)配、消缺和搶修方案、現(xiàn)場(chǎng)處置流程等方面的問(wèn)題和經(jīng)驗(yàn)，從而進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

1）時(shí)效性評(píng)估 該評(píng)估的對(duì)象是從檢調(diào)通知電纜中心搶修任務(wù)或危急缺陷被錄入PMS系統(tǒng)開(kāi)始，到搶修或消缺工作驗(yàn)收匯報(bào)完成的時(shí)間段。它側(cè)重分析應(yīng)急狀態(tài)處置的時(shí)間安排，考察處置時(shí)間是否小于處置周期上限的規(guī)定，并將處置時(shí)間段拆分后對(duì)應(yīng)到具體的處置行動(dòng)，了解處置時(shí)間的詳細(xì)歸屬，從而找出耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)、或存在改進(jìn)空間的環(huán)節(jié)。

2）有效性評(píng)估 該評(píng)估的對(duì)象是搶修方案或消缺方案。它側(cè)重從技術(shù)角度考量方案是否成功實(shí)現(xiàn)了消缺或恢復(fù)供電，在此前提下，考量方案是有效避免了應(yīng)急狀態(tài)損失的擴(kuò)大（如采用設(shè)備隔離措施），是否有效排除了未來(lái)的故障隱患（如采用預(yù)防性措施），是否最大程度上避免了掘路工作量等。

3）經(jīng)濟(jì)性評(píng)估 該評(píng)估的對(duì)象是應(yīng)急狀態(tài)處置過(guò)程所動(dòng)用的各類(lèi)資源，包括搶修或檢修隊(duì)伍、車(chē)輛、材料、儀器、設(shè)備等。它側(cè)重從應(yīng)急處置成本的角度考量是否存在資源浪費(fèi)的情況，基于應(yīng)急處置現(xiàn)場(chǎng)所使用資源的獨(dú)占性特點(diǎn)，考量現(xiàn)場(chǎng)的人員、設(shè)備、車(chē)輛等資源要素是否出現(xiàn)閑置或使用不充分的情況。