交联电缆火灾的防范措施

　　　摘要：本文针对交联聚乙烯电力电缆运行及故障特点，分析了电缆火灾的起因与特点，根据系统和运行特点，分析了各种防火措施的适用性和经济性，并根据多年来处理电缆故障的经验，提出了利用小电流接地选线系统切除故障电缆或将故障相直接接地的全新的电缆防火措施，可经济、方便、可靠地预防突发性电缆火灾的发生并尽可能减少故障损失。
　　关键词：电缆火灾，防范措施，弧光接地，故障，小电流接地
　　交联聚乙烯电力电缆在国内推广使用已经10多年了，在此期间，因电缆接头故障引发的电缆火灾事故时有发生，并由此带来了很大的经济损失，随着首批（早期）投运电缆的运行时间逐渐接近设计寿命，电缆本身的故障率也将不断增加，未雨筹谋，积极预防电缆运行故障及电缆火灾的发生并尽可能减少故障损失，具有非常重要的意义。
　　1．电缆火灾的起因与特点分析：
　　1.1电缆火灾的起因
　　交联聚乙烯电缆应用初期，由于许多用户使用电缆接管出现错误，电缆接头工艺不规范，致使电缆接头故障频出，有些电缆接头的运行寿命只有几天到几年，由此导致的电缆火灾所造成的损失也是惊人的。例如：中铝山东分公司在6年间共发生较大的电缆火灾3起，其中1994年3月11日三配、一配四个受电回路10余条电缆，受电1、2、8三个回路5条电缆因接头故障引起的火灾造成短路，受电3带伤维持运行，造成氧化铝厂大范围停电，停电时间长达13个小时；水泥二配2次电缆火灾也烧坏受电电缆2路，各为3条240mm2电缆，停电时间也在10小时以上。3次电缆火灾均由电缆接头故障引起。
　　1.2特点分析：
　　油浸纸绝缘电力电缆，尽管含有易燃的绝缘纸和电缆油，但因其铅包或接头浇铸的环氧树脂外壳的保护作用，并且电缆系三相统包，故障通常为相间短路，不会持续带故障运行，因此极少发生因电缆或接头故障引起的火灾事故。交联电缆则不同，其结构为单相屏蔽，电缆接头也是按照逐层恢复的原则设计安装，因此，当电缆或接头发生故障时，故障接地电容电流因其放电通道短而不能自动息弧，持续放电将积蓄热量引燃塑料绝缘及护层，继而产生相间短路，从而发展成为电缆火灾。调查分析3次电缆火灾的故障过程，初始故障电缆单相接地持续时间均在十几分钟以上，继而系统速断保护动作，切除故障，但此时火势已大，因此，相邻回路的故障已再所难免。
　　2．电缆火灾的防范措施
　　电缆火灾的防范措施可按分为二类：预防性措施和防护性措施，防护性措施又可分故障限制型和损失限制型，现分述如下：
　　２.１预防性措施目前国内采取的预防性措施主要有：
　　１）电力电缆线路的交接与预防性试验，对橡塑电缆主要有电缆主绝缘直流耐压试验、电缆外护套绝缘电阻试验、电缆内衬层绝缘电阻试验、铜屏蔽层电阻和导体电阻比试验及交叉互连系统试验，上述方法中，直流耐压试验可以发现部分重大缺陷，通常只能提供电缆出现缺陷的早期信号，提示出现缺陷，但对PE/VPE电缆，试验时可能对电缆绝缘造成损害，并且有时采用非常高的电压水平也不能可靠地发现严重的薄弱点（如严重的水树枝等）目前国外已开始使用VLF（甚低频）－0.1Hz余弦方波电压试验，该试验方法具有局放起始电压低和通道增长速度高的特点，主要用于运行电缆老化试验和分级、新设电缆的合闸交接试验。
　　２）电缆接头的在线检测及巡回检测。电缆接头在线检测可及时可靠地发现故障前兆并及时采取措施，但有投资大，不能用于电缆突发故障及电缆本体故障的检测，难以普及应用；人工巡回检测适时性及可靠性均较低、工作量大。
　　2.2防护性措施及其特点
　　2.2.1故障限制型
　　１）选用阻火、阻燃电缆等特种电缆，在故障发生时限制故障的发展和破坏。投资大、影响散热。
　　２）防火包带、防火堵料接头盒局限性大，接头盒散热差。
　　2.2.2损失限制类。
　　１）防火涂料、投资大、影响散热、施工工作量大。
　　２）防火槽盒可限制故障引发火灾或抵卸外部火灾。对电缆载流量影响最大，投资最大。
　　３）电缆防火墙：能阻断区域火灾的蔓延，减少损失。用作火灾的后备防护。
　　分析上述防范措施特点可知，电缆火灾的防范可根据需要及各类措施的特点综合分析选取：规程规定的电缆交接及预防性试验是必不可少的，可以此作为电缆故障的预防性措施；电缆防火墙的设置也是必须的，虽然该措施投资很少，但作为电缆火灾的最终后备保护，仍是相当有效的；其它措施的选用则应根据电缆工程的特点、系统的重要性、措施的有效性和投资（性价比）予以确定。例如：处于易燃易爆场所中的电缆，置于电缆防火槽盒中防护（或涂刷防火涂料）可有效抵卸外部火灾的损害。但是，因散热条件恶化，电缆允许载流量明显降低，电缆工程投资将加大；对较重要的电缆回路，选用电缆接头在线检测可有效预防接头故障，但对电缆本体的故障无能为力；重要电缆回路选用阻燃电缆时，工程造价将提高10%~25%；如果说较大的投资对重要回路或特殊场所的电缆防火是必须的话，那么，一般性的电缆线路却难以寻找到即经济实用又简便可靠的防火措施。为此，笔者提出“利用小电流接地选线系统实现电缆的故障限制，防止电缆火灾的发生。”
　　3、延时切除接地电缆，防止电缆火灾发生。
　　3.1电力系统中性点的接地方式主要有：
　　中性点直接接地、不接地、经消弧线圈（或电阻）接地。我国6~66KV中压电力系统（不包括6~10KV直接连接发电机的系统），通常采取中性点不接地的方式运行，仅当单相接地故障电容电流较大时（见电力行业标准KL/T620-1977），才采用经消弧线圈或经低电阻接地方式。因此，国内工矿企业等大多数情况都运行于中性点不接地的方式，不设单相接地保护，允许线路在单相接地时带故障运行，其目的主要是提高供电可靠性，这对于架空线路及有户外终端头的电缆线路等能够自动消除单相接地故障的系统无疑是正确的。但是，对于两端均在户内的交联电缆线路，绝大多数情况下其单相接地故障都是永久性的，此时如果仍按常规处理，单相接地故障必然会转化为相间短路事故并因单相接地时的持续电弧作用引发电缆火灾。
　　3.26~10KV线路的继电保护配置现状
　　目前6~10KV线路的继电保护有：速断保护、带时限速断保护、过电流保护、单相接地保护，设计时根据系统情况配置选用，目前6~10KV线路的继电保护大多不设单相接地保护，通常仅设置小电流接地检测装置发出选线信号，因此，当电缆线路单相接地故障时，系统要等到发展为相间短路时，方可由速断保护切除故障电缆。虽有些较新系统设有小电流接地微机选线装置，但有些功能正常使用的不多，因此，线路发生接地故障时，通常不能及时发现，使电缆线路故障发展为相间短路引起电缆火灾。
　　3.3及时切除故障电缆，防止电缆火灾发生
　　由上述分析可知，中性点不接地或小电流接地运行方式的配电系统中，对全电缆馈电回路（尤其是2端均在室内的系统），系统带单相接地故障运行对提高连续供电意义不大，相反，却对系统的安全性带来危胁并可能导致电缆火灾发生，因此，在这种情况下，应根据系统运行方式、负荷类别等条件和要求，设置单相接地保护、利用小电流接地信号系统选线装置、微机接地保护装置等及时切除故障回路，对较重要回路可考虑在切除的同时，自投热备用回路，以此可在基本不增加费用的情况下，确保电缆系统的安全并防止火灾发生。对其它情况，由应从供电可靠性系统过电压与绝缘配合、断电保护要求、对通信信号系统的干扰及系统安全性等诸多方面综合分析选定。当系统故障电容电流小，实施准确选线有困难时，可考虑改用经消弧线圈或电阻的接地方式，增加选线灵敏度，直接实施接地保护。
　　目前，国内推出一种“消弧及过电压保护装置（XHG）”，可在线路发生弧光接地时判断并将故障相通过开关直接接地，延时灭弧后断开开关，此时若电弧重燃，则系统闭锁该相接地开关，发出选线信号。该装置特别适合电缆与架空线混合的馈电线路。及时切除电缆接地故障的方法简单易行，投资少，具有其它方法不可替代的优点，与上述其它防火措施配合使用将更可靠地防止电缆火灾发生，并由此取得可观的经济效益和社会效益
　　参考文献：
　　【1】斯培灿.中压交联电缆的交接、预防性试验.高电压技术.2002.08
　　【2】朱德恒.严璋高电压绝缘1992
　　【3】邱昌容.王乃庆电工设备局部放电及其测试技术1994