地下电缆沟道漏水和火灾事故原因分析

刘立峰

摘要:随着社会不断进步、国民经济快速发展、高新技术在电力系统中的广泛推广应用,电缆的使用率日益增加。防止电缆沟火灾事故的发生已成为企业当前急需解决的一项重要课题。本文针对施工后的电缆沟道渗漏水严重的问题,渗漏水原因、综合防水堵漏处理工艺电缆沟火灾主要特点事故原因,预防措施进行了详细分析。

关键词:发电厂;电缆沟;火灾事故

1 前言

由于电力系统使用电缆的场所存在覆盖面大、数量多、敷设密集、动力电缆在运行状态下处于发热状态等特点,且电缆沟内电缆的特殊结构和相对集中,当l条电缆发生故障后,往往会使周围其他电缆产生重大火灾事故。而电缆沟道内的电缆由于在地面以下,当电缆发生故障而引起火灾时,较难被工作人员发现,这就使得电缆沟火灾事故一旦发生将会造成严重的后果。不但会使设备受到不同程度的损坏,甚至还可能造成人员伤亡,给人民生命财产造成巨大损失。

2 渗漏水原因分析

该工程为某发电厂地下电缆沟道,全长900余米。电缆沟道底标高最深处为-5.40m,电缆沟道区域内由于受工业水排放及其它水源影响,地下长年水位为-2.5～-3.5m,电缆沟道大部分在地下水位以下。混凝土设计等级为C25,抗渗标号为P6。变形缝处设橡胶止水带。沟道底板一侧设250mm×250mm排水沟和12个600mm×600mm积水井,井内设150ram水泵。

该工程随地面工程分段施工,2006年10月全部完工。2008年雨季发现渗漏水,渗漏面广,水量较大。经分析得知,其渗漏水原因主要有以下几点。

(1)变形缝处止水带处理不当,安放位置不准确。造成止水带侧混凝土厚度不一致,再加上止水带下部混凝土振捣不密实,两侧产生不均匀沉降,导致变形缝处四周均存在漏水现象,且水量较大。(2)底板与侧壁施工缝(水平缝)处虽设有300mm高的钢板止水板,但由于混凝土浇筑高度控制不严,第一次浇灌混凝土应浇灌至止水板中间,即150ram处。实际施工误差很大,致使止水板未发挥止水作用。再加上二次浇灌混凝土间隔时间较长,接槎处杂物清理不干净。造成混凝土结合不良,导致渗漏水。这些部位渗漏水较多。且比较严重。(3)在沟道内两侧壁均预埋有安装电缆支架用的钢板埋件,埋件钢筋端部至外墙面仅有100mm,且这些部位钢筋较密,混凝土振捣不密实,墙壁外侧的水沿锚固筋渗入电缆沟道内,出现这种渗漏部位较多,且比较严重。(4)有部分沟道电缆较多,电缆支架没有焊接在侧壁上,而是在底板直接插埋120ram槽钢,槽钢上焊接角钢横托架,电缆放在托架上。由于电缆重量较大,加上架设电缆过程中各种意外因素影响,使槽钢立架与混凝土底板间形成微小缝隙,地下水顺槽钢渗至沟道底板表面。经观察,凡是槽钢支架放置电缆多的部位均存在不同程度的渗漏。

3 综合防水堵漏处理工艺

3.1 准备工作

首先。选一段渗漏最严重的区段(约90m长)进行试点。在排除积水,拆割电缆架,清点基层之后查漏点,分析渗透水的原因,根据渗漏水形成及渗水量等具体情况制定封堵方案。其次,封堵时尽量切断水源。使封堵作业在无水状态下进行。如果切断水源困难,须在带水作业状态下进行封堵时。应尽量减小渗水面积和降低水压,设法作好引水工作。引水的原则是把大漏变小漏,线漏变点漏,片漏变孔漏,制造集中通路。以便于施工。第三,对漏水水源、地下水位变化规律和地表水及生产、生活用水的影响等因素进行综合分析,为制定封堵和防水方案以及如何切断水源提供依据。根据工程的结构变形特点以及施工质量等原因造成的渗漏情况,确定具体封堵方案。根据止水与防水相结合的原则,采取堵漏止水和永久防水的综合治理方案。

3.2 堵漏止水

正确选用封堵材料是做好堵漏止水工作的基础。我们采用水玻璃速凝剂。该材料凝结速度快,早期强度高,粘结力强,抗冻性能好。选用425号以上新鲜水泥,以加快封堵材料的凝结速度和提高强度。

根据渗漏水的部位、形式、水量、水压等情况。采用相应的封堵方法。对漏点不大的情况。采用直接快速堵塞法,简易可行。在水压较高而漏水孔洞不大时,辅以木楔堵塞法较为有效。对水量大且漏水面积较大的漏水点。采用引水堵漏法较为有利。

4 QBZ-B1型防水剂的应用

4.1 QBZ-B1型防水剂的特点和性能

QBZ-B1型高效防水、防腐剂是在I型基础上的改性和提高。掺人适量的(一般掺人量为水泥重的3% ～5%)QBZ-B1型防水剂所拌制的防水砂浆,抗渗标号可达P15。掺人QBZ-B1型防水剂所拌制的砂浆(混凝土)促使氯硅钙与氯铝酸钙的生成,急剧增加水泥反应数量。加快水泥的水化速度,从而提高强度。掺人QBZ-B1型防水剂的砂浆较未掺加的砂浆抗压强度可提高15%～25%。

4.2 施工工艺要求

防水砂浆堵漏施工前应做好基层清理工作,并严格按施工工艺要求施工。基层清理:将混凝土表面的石子、浮灰铲掉,打成粗糙的毛面,用钢丝刷和水刷洗干净,避免粘染油污。抹结合层:抹刮水泥素浆一道,厚度2-3mm,重量比为水泥:水:防水剂=l:0.3-0.35:O.03-0.05,使素灰浆填满基层孑L隙,与基层结合牢固。水泥素浆要随拌随用,放置时间不得超过lh。待灰浆初凝后再抹防水砂浆。抹防水砂浆:采用底层与面层两遍做法。底层砂浆配合比为水泥:砂:水:防水剂=l:2:0.5:0.04,厚度8-10mm。底层凝结后,再抹结合层一道。面层配合比采用水泥:砂:防水剂=l:2.5:0.5:0.04,厚度6-8mm。面层施工不宜踉得太紧,以防开裂。揉搓:抹完每层防水砂浆,待砂浆初凝后,用木抹子均匀揉搓一遍,使水泥浆与砂子颗粒结合均匀,砂浆表面应形成麻面,以利与抹面结合。赶压:在面层防水砂浆抹完接近终凝时,用铁抹子赶压收浆。注意掌握时间,不要过早或过迟。养护:防水砂浆抹完后12h,用喷雾器少量喷水养护。地面用湿草袋覆盖,24h后洒水养护,养护期在l4天以上。

5 电缆沟火灾的主要特点

5.1 起火迅速,火势猛烈,不易控制

电缆是将l根或数根绝缘的导电芯线绞合,裹以相应的绝缘层,外加金属或非金属(铝、铅或塑料)防护层而成。绝缘层主要有油浸绝缘层、橡胶绝缘层、塑料绝缘层和无机绝缘层4种,由纸、布、棉纱、塑料、橡胶等可燃材料组成。一般情况下,电缆是以爆燃形式起火燃烧的。电缆着火后,火势顺着电缆线呈线形燃烧,像点燃后的蚊香,烟大火小速度慢。如果电缆沟内有多层电缆或电缆交叉叠放,就会形成立体燃烧,火势更快。一旦电缆沟内的电缆发生爆燃,即使断电,火势也很难控制,主要是因为电缆燃烧后首先是裹在电芯外部的橡胶绝缘层着火,火势顺着电缆向上下重叠的电缆蔓延燃烧。由于该电缆沟内空间狭小,电缆起火后电缆沟内无排烟系统,温度急剧上升,烟火交叉混合,加速了火势的蔓延。

5.2 高温有毒烟雾积聚,严重威胁人员生命安全

由于电缆沟内的电缆沿着隧道纵横交错,隧道纵深距离长、路面窄、照明条件差,发生火灾时,烟雾会迅速充满沟道空间,能见度低,起火后虽然能利用排烟机排烟,但也难以及时排出有毒烟雾。同时,沟道在大火猛烈燃烧时温度可达600-800℃,会造成电缆钢支架烧熔,电缆线蕊烧成珠状。由于沟道内通道窄,电缆烟气不仅会破坏电气设备,还会导致相关电气设备的短路,直接威胁灭火人员的生命安全,极易造成灭火人员发生中毒伤亡事故[1]。

5.3 抢救灭火十分困难

由于国内10kV电压等级以下的PVC塑料电缆被广泛应用,其缺陷是除易于老化外,还易燃烧,并且在燃烧时会释放出大量含氯化氢、一氧化碳等有毒气体,烟雾浓重,因此,一旦电缆着火,抢救灭火十分困难。同时,火灾燃烧时释放含氯化氢的有害气体,通过各个缝隙渗透到空间,弥漫在各种电气设备装置内或室内,遇潮气形成稀盐酸会附着在电气设备、动力盘、控制和保护屏等各装置上形成有腐蚀性的1层导电膜,严重降低了设备和接线回路的绝缘性,威胁和影响电气设备的安全运行。这便是电缆火灾的“二次损害”。要清除“二次损害”很不容易,也常被人们所忽视。

5.4 损失严重

电缆着火,常酿成火灾,不仅直接烧损大量价值昂贵的电缆及其他电气设备装置,而且恢复运行时间长、难度大。在很多工业企业,生产连续性强,一旦停电,会造成大面积停产,间接损失极为严重,如引起其他装置燃烧爆炸,后果更加严重,损失和影响不堪设想[2]。

6 电缆沟火灾事故原因分析

引起电缆沟火灾事故的原因有2个:一是电缆本身故障引发着火;二是外界因素引发电缆沟火灾事故。

由于电缆自身原因着火的有以下几种情况:(1)电缆发生接地和短路事故时,继电保护未动作,开关切断事故电缆引起电缆过电流致使电缆过热而自燃。(2)电缆接头盒的中间接头因制作工艺不良,或压接不紧,或焊接不牢,或连接不好,或接头材料选择不当,或受到损伤,造成运行中接头氧化、脱焊、局部发热或炸裂导致着火。地下电缆的接头盒密封不好,或灌注的绝缘剂不符合要求,使盒内留有气孔,漏人潮气后,也能造成绝缘损坏或绝缘性能降低而击穿,形成短路,引起爆炸[2]。(3)电缆多次经长时间短路电流冲击,导致绝缘水平下降而引发短路失火。(4)在敷设地下电缆时,电缆的保护铅皮受到机械伤害,或运行中绝缘体损伤,均会导致电缆相间或相与铅皮间的绝缘击穿而产生电弧,使电缆内的绝缘材料和电缆外的麻包发生燃烧。(5)电缆长期过负荷运行或保护(开关)装置不能及时切除负载短路电流,致使绝缘过热损坏,造成电缆短路起火。(6)电缆本身质量不过关(如绝缘强度达不到要求,内部绝缘制造缺陷等)引起电缆着火。(7)电缆隧道内防火措施不当,电力电缆受水浸渍,使电缆绝缘电阻下降造成电缆接地或短路事故引起火灾。(8)电缆长期工作温度为70-90℃,温度范围较低,易引起火灾。(9)一般电缆的绝缘是会老化的,有一定的使用寿命,据有关资料介绍为15-20年。绝缘的老化使电缆的过载能力差,自燃温度点降低较多,容易造成电缆自燃。

引起电缆沟火灾的外部因素有如下几种情况:(1)施工时,由于电、气焊接火花飞溅而引起电缆着火。(2)电缆在施工中受到机械性损伤,造成气隙,投入运行后常引起局部放电,电弧使电缆发生树纹状裂纹,导致接地短路,引起火灾。(3)在电缆隧道与油开关室连接处未封堵好,由于油开关漏油引起电缆隧道内存油而造成火灾。(4)设计中,开关选择不当,或开关质量低劣,开关爆炸等发生母线短路而引起电缆起火。(5)电缆隧道未用耐火材料封堵,造成外部火灾侵入,引起电缆延燃,扩大火灾事故。(6)电缆沟内未按电压等级分层敷设,或通风不畅,也易引起火灾。(7)鼠害也是引起电缆沟火灾的原因之一。(8)电气设备故障起火或其他杂物起火导致电缆着火。(9)由于相间距离或相对距离不足,在过电压作用下产生弧光使电缆着火。

7 防止电缆沟火灾事故的对策措施

为防止电缆沟火灾事故的发生,必须树立预防为主、防消结合的方针,只有将电缆防火工作与企业生产现场整体防火工作相结合,与企业的安全文明生产相结合,使电缆经常处于良好的外部环境下运行,才能从根本上制止电缆沟火灾事故的发生。

7.1 预防措施

(1)根据负载合理选择电缆,在工程造价允许的情况下,电缆容量尽可能留有余地。(2)为电缆创造良好的运行环境,避免因运行环境恶劣加速电缆绝缘老化和损伤。电缆沟要有良好的排水设施,如设置排水浅沟、集水井,并能有效排水,必要时设置自启停抽水装置,防止积水,保持内部干燥;防止水、腐蚀性气体液体及可燃性液体气体进入电缆沟;要有完善的防鼠蛇窜人的设施,防止小动物破坏电缆绝缘引发事故等等。(3)加强电缆的预防性试验。电缆预防性试验不能只看试验数据是否合格,还应该对数据进行比较和分析,既可以和相同电缆的试验数据进行比较,也可以和本电缆历史试验数据进行比较,以探求试验数据的规律。例如,做直流耐压试验时,如果发现所测得的泄漏电流值随试验电压值的升高或加压时间的增加而上升较快,或与相同电缆比较数值增大得较多,或者和本电缆以前所测数据比较呈明显的上升趋势,或者三者之间的泄漏电流不平衡系数较大等现象,都应该认真分析。如果不是试验方法不当所引起的,可以适当提高试验电压或延长试验时间,判断电缆是否符合继续运行的条件要求。(4)加强对电缆头制作质量的管理和运行监测。严格控制电缆头制作材料和工艺质量,所制作电缆头的使用寿命不低于电缆的使用寿命,接头的额定电压等级及其绝缘水平不得低于所连接电缆的额定电压等级及其绝缘水平;绝缘头两侧绝缘垫间的耐压值不得低于电缆护层绝缘水平的2倍;接头形式应与所设置环境条件相适应,且不致影响电缆的流通能力,电缆头两侧各2-3m的范围内应采用防火包带作阻火延烧处理。但是,由于电缆头通常是在现场手工制作的,受现场工作条件限制及手工制作分散性的影响,一般来说电缆头是电缆绝缘的薄弱环节。(5)完善电缆终端头、中间接头的阻隔措施。对于电缆终端头、中间接头还应该有防火阻隔措施,以保证万一电缆头着火不会引燃相邻的电缆。(6)定期对电缆所连接的开关及保护装置进行校验,确保其动作的正确性。(7)将电缆按不同类型分层布置,并做到摆放有序。

7.2 阻燃措施

采用封、堵、涂、隔、包、水喷雾等措施防止电缆延燃。电缆进入电缆沟的管口要严格进行防火封堵,防止单根电缆或少量电缆着火而引燃大量电缆;要保证防火封堵的严密性和厚度,特别是电缆集中的地方,最好用软堵料以保证封堵严实,维护检查中应及时将破坏的封堵还原;要保证防火堵料有足够的机械强度,以防止电缆着火特别是发生电气短路时引起空气的迅猛膨胀而产生的冲力,破坏机械强度低的防火封堵层,使防火封堵失去作用 [5]。

7.3 优化外界环境条件

(1)定期巡视电缆线路,严防外力破坏损伤电缆,如在电缆路径上开挖、取土等。(2)提高各级人员电缆防火意识,尽可能避免在电缆周围进行焊接、切割等带有明火性质的作业,如必须进行作业的,则应按规定办理动火工作票,采取可靠措施并在专人监护下实施作业。(3)加大技术改造力度,对电缆头相间距离不足的先天性缺陷,应尽可能地进行改造处理或采取有效隔离措施,避免因过电压作用引起相间短路,造成电缆着火。(4)加大对电缆头周围白色垃圾危害性的宣传及清理力度,避免因白色垃圾(如锡箔纸等)飘落于电缆头接线处造成相间短路引发电缆着火的事故。(5)加强电缆沟的通风措施,这也是提高电缆安全运行、避免火灾发生的一个重要措施。电缆沟道应有通风设施,以降低沟道内的温度,保证沟道内的温度在夏季不超过室外空气温度10℃。大部分电缆沟都设置在厂房内和变电所等部位,由于周围环境等因素,使电缆沟的热量不能及时散发出去,增加了电缆的运行温度,为火灾的发生留下了隐患。所以,在厂房内电缆密集的电缆沟和母线室电缆夹层安装通风机,在户外电缆沟盖板上加装通风孔,以确保电缆沟内的空气流通,改善电缆的运行环境。

7.4 提高电气设备健康水平,防止火灾事故

(1)电缆的火灾事故大部分是由于外部设备起火而引燃的。因此,修好、用好、维护好现场的其他设备,按期进行电气设备的预防性试验,特别是在高温和易燃易爆场所,更要对设备严格管理,保证设备始终处于健康完好状态。(2)防止其他设备着火引燃电缆。可采取的措施有:电缆隧道盖板密封,防止设备故障失火时油流到电缆隧道里引燃电缆;输煤、制粉系统附近电缆上的积粉要定期清扫,防止煤粉自燃引燃电缆;制粉系统的防爆门对着的电缆要有防火槽盒包装,防止防火门动作喷火引燃电缆;汽机机头下的电缆用防火槽盒包装等等。

7.5 加强事故预防及演练

制定切实可行的灭火应急预案并加强演练,提高各级人员、特别是运行值班人员处理突发火险事故的应对能力,是防止火灾蔓延的重要保证。

7.6 加强灭火装置及设施的配置

(1)安装火灾报警装置是防止电缆火灾事故的重要手段。要做到这点单靠生产人员现场巡视是不够的,必须运用现代化监控手段,采用火灾报警系统进行监视。通过多次事故分析发现,电缆沟内火灾的发生主要是由于动力电缆中间接头制作质量不良造成的,而从电缆头过热到事故的发生,其发展速度比较缓慢,时间较长,通过电缆在线监测系统完全可以防止、杜绝此类事故的发生。(2)安装防火门和防火阻燃段是避免电缆火灾事故发生和漫延的重要措施。在通向控制室、母线室等处的电缆沟除严密封堵外,还应在适当位置加装防火门和防火阻燃段,在电缆直沟间隔50m加装1道防火门,并在防火门两侧安装阻燃段,阻燃段两端用防火胶泥封堵,每端封堵长度不小于150nun。防火门和防火阻燃段的安装,有效地将电缆之间隔开。安装防火门不仅能阻隔火情,使燃烧的电缆缺氧窒息,还能阻止烟气扩散弥漫。

8 结束语

电缆沟防火是一个较新而又重要的课题,在现阶段,由于多种原因不可能将全部电缆都更换为阻燃耐火电缆。因此,只有严格按照设计要求、工艺标准施工,采用经有关部门鉴定合格的防火材料和阻燃电缆,才能大大地减少电缆沟火灾事故,减少人民生命财产损失,保证电网设备安全稳定运行。

参考文献

[1]张霄,刘凯.浅析地下电缆隧道火灾的扑救.广西民族大学学报(自然科学版),2006(9)增刊:l9-21.

[2]王学军,张永武,马明.地下电缆火灾的事故分析及扑救对策.山东消防,2000(10):54.

[3]金吉芬.电缆隧道火灾成因及其防治.山西建筑,2OO4,30(17):116一l17.

[4]许泽峰,张称心.变电站电缆火灾事故的原因分析及应对措施.内蒙古电力技术,2OO6,24(3):51-53.

[5]罗睿.发电厂电缆防火监测系统的研制:[学位论文].北京:清华大学.