在线监测技术在预防电力电缆火灾中的应用

林 衡，吴振国，唐志坚

(福州电业局，福建 福州 350009)

由于电力电缆施工布线方便，又满足市政建设对于外观的要求，所以在近年来的电力基础设施建设中，电缆的使用数量在迅速增加。然而日益增多的电缆也给日常运行维护工作带来了巨大压力，维护工作稍有疏忽就容易导致火灾事故的发生。一旦电缆沟发生火灾，不仅会中断供电，而且可能引起连锁反应，造成重大损失。

1 火灾原因

电缆燃烧的原因有很多，既可能是电缆本身存在质量、设计缺陷等原因，也可能是施工、维护不当等其他原因。

(1) 设计不合理。电缆过载能力不够。

(2) 施工不当。安装过程中，电缆沟底未铺垫砂子或软土，也未加盖板，电缆的弯曲半径过小；施工时，未按规定分层敷设、绝缘距离不够、敷设密度超标、施工造成电缆机械损伤等。

(3) 材料老化。因电缆自身材质和工艺差异，有一定的寿命差别，特别是在条件恶劣的电缆沟内，老化速度会加快。

(4) 短路事故。经过短路电流冲击，导致电缆绝缘性能严重下降，容易发生短路。

(5) 电缆接头发热。电缆头压接不紧，三相压接头几何位置不对称，压接管压接后有金属毛刺，接地电阻值超标等都会导致电缆接头发热。

(6) 其他原因。电缆沟浸水事故或者有老鼠啃咬等都会造成电缆损伤，埋下电缆起火的隐患。

2 传统的预防措施

目前，电力行业对电缆沟的管理大多还处于计划检修阶段，一般采用定期巡视的方法对电缆沟的运行状况进行检查。这不但造成了很大的经济浪费，潜在的火灾故障也很难被及时发现，这种管理方式已经成为电缆沟管理的短板。对于新建的电缆沟，可以采取以下几个措施预防火灾事故的发生。

(1) 设置防火段。防火段可由防火涂料和防火隔板构成，也可由轻型封闭式耐火槽盒构成。

(2) 设置阻火墙。用普通红砖砌墙，下边在排水小沟的上面预留排水孔，且在墙的两侧涂上防火涂料，形成完整的阻火墙。电缆沟道在进入建筑物处或电缆沟交叉处应使用矿渣棉设置阻火墙。

(3) 采取防火密封。用石棉、泥、黄沙及石灰的混合物作密封填料，将电缆竖井及各种孔洞密封，以达到防火目的。

(4) 消防监控。设置火灾自动报警装置，报警器能及时发出报警信号，以便及时采取灭火措施，防止火灾蔓延，将火灾扑灭在初始阶段，避免或减少火灾损失。

对于已经投运的电缆沟，可以从以下几个方面预防火灾事故的发生。

(1) 科学合理调度，尽量避免超负荷运行；做好预防性试验工作，定期对电缆进行耐压试验；及时消除薄弱环节及运行过程中的事故隐患。对运时间较长的电缆要适当延长试验周期，降低耐压标准。

(2) 检测电缆及接头的接地状态。检测电缆及接头的接地是否良好，注意分析接地电阻的变化。

(3) 对关键部位进行温度测试。进行电缆中间头温度的巡测，根据温度变化分析其运行状况。

(4) 消防监控。设置火灾自动报警装置，以便及时发现火情，及时消除，减少损失。

3 在线监测技术的应用

电缆的额定载流量是由电缆绝缘的最高允许工作温度决定的，即由电缆线芯外表面的最高允许温度决定。在电缆工作时，其线芯表面温度不仅与负荷电流的大小密切相关，还与电缆绝缘中的损耗、电缆的热传递特性以及环境温度相关。对于已经投入运行的电缆，电缆结构和其他电缆的相位和空间关系、负荷的电压和频率等均已确定，电缆的总发热量仅与导体温度相关。所以，可以根据测温系统提供的电缆表面温度数值，配合电缆的散热系数和周围的敷设环境条件，建立护套表面温度与电缆线芯温度或载流量之间的对应关系，对电缆的线芯温度进行反演计算，并与其允许温度进行比较，同时计算出电缆线路的实际负载率，及早发现电缆早期隐患，实现电缆线芯温度的非接触在线诊断，全面提升电网的运行管理水平。

电缆沟内引起的火灾事故绝大多数是由电缆及电缆头过热引起的，而从过热到引起火灾的过程是比较缓慢的，需要有足够的热量积累，因此进行电缆沟及电缆头的温度在线监测是必要的，这样就可以把电缆及电缆头过热引发的电缆沟火灾事故消灭在萌芽之中。

电缆温度在线监测有多种方法，下面将主要介绍施工简单且行之有效的方法。

3.1 3种测温电缆

测温电缆是使用与普通电缆相类似材质的电力电缆，施工比较方便。目前主要应用的测温电缆可分为差温型电缆、定温型电缆以及线型连续寻热式热电偶(flexible thermocouple line detector，简称FTLD)电缆。

差温型电缆采用特殊热敏材料，根据电缆电阻的大小来推算所感应到的温度，并且预先标定。使用时环境温度的变化对电缆的测量精度影响很大，但相对费用较低。定温型电缆由2根弹性钢丝分别包敷热敏材料，绞对成型，当温度升到额定温度时热敏绝缘材料的绝缘电阻发生跃变，几近短路，据此发出报警信号，作用相当于温度开关。以上2种电缆虽然具备测温能力，也比较容易施工，但测温不够准确，而且主要是单点测温，适用于短距离电缆线路的测温。

FTLD电缆是温度传感器技术发展取得的成果，它利用热电效应，能够连续自动产生其长度所及范围内，与最高温度点温度相对应的微电压信号。由于它独特的本质安全型特性和精确无误报的优良品质，最初被发达国家作为尖端技术设备铺设在航空母舰、驱逐舰的舰舱以及军用飞机等军事设备上。

物质的燃烧过程通常可分为早期阶段、阴燃阶段、火焰放热阶段及衰减阶段。在早期阶段，由于物质燃烧开始的预热和气化作用，主要产生可燃气体和不可见的气溶胶粒子，没有可见的烟雾和火焰，热量也很少。在此阶段，火情仅局限于隐患部位的有限范围内，探测火情早期预警应从此阶段开始进行。传统的火灾探测器不能实时检测温度，而FTLD电缆是利用热电效应，连续自动产生监测信号。其优点是在温度为-40℃～180 ℃时，不仅能让用户测定温度异变的幅度和速率，而且能确定温度异变的位置。在火灾尚未发生前及时进行精确的温度反馈，进一步提高了火灾探测报警系统的可靠性。FTLD能连续实时监测布防区域的最高温度，克服了传统“点式”温度传感器只能探测“某点”温度的缺陷，因此FTLD电缆是测温电缆中较为理想的选择。

3.2 网络测温

由于电缆沟空间狭小、距离长，普通测温传感器的施工难度高，应用难度较大。随着科技的发展，数字化、网络化传感器很好地克服了传统温度传感器的缺点。例如：美国DALLAS公司的DS18B20数字化、网络化温度传感器采用独特的思路，成功地解决了数字化、网络化与成本之间的矛盾，使建立起使用方便、经济可靠的监测系统成为可能。DS18B20应用智能化现场总线的技术，整个系统中仅有数字信号传输，而且传感器、采集模块均可联网，使系统更可靠、更有效地辨识电缆及其接头的老化所发生的过热和火灾事故隐患。对电缆过热引起的火灾具有较强的早期预测能力，为现场设备的安全运行提供了有力保证。该方案因为施工简单，组网方便，在许多现场都有成功的应用。

3.3 光纤测温

所谓分布式温度传感器(distributed temperature sensing，简称DTS)是相对于传统点式温度传感器而言的。DTS可以实现单传感器对线型区域甚至面型区域的检测。DTS技术是利用某些特殊的光波在光纤中传播时光波会携带沿途各点的温度信息这一技术原理，结合微弱光信号探测、超高速信号监测等技术手段实现的。由于采用了光纤作为传感器，因而DTS技术具有了精度高、稳定性强、寿命长等特点，是温度传感领域的发展趋势之一。

DTS可以连续地得到沿探测光缆的所有温度信息，不存在监测盲区。而且光纤本身由石英材料组成，具备完全的电绝缘性；同时，光纤传感器的信号是以光纤为载体的，具有本质安全性，在恶劣的电磁环境仍中可以正常工作。DTS测量距离远，适于远程监控，在无需中继的情况下可以实现十几公里的远程监测；DTS还具有灵敏度高，测量精度高、寿命长等优点，适合对长距离的电缆沟进行精确温度监测。更为重要的是，DTS不仅可以监测电缆上的异常热点，还可以对电缆进行载流量监控。这使得DTS既能有效预防火灾事故，还可以为电缆工作情况的分析提供参考。

4 结论

测温电缆施工比较简单，成本较低，但需要引入外部电源，因此只适合测温距离短、测温点少、测温精度要求低的场合。网络式测温施工相对电缆测温复杂，但测温精度更高，组网灵活，数字信号的抗干扰能力更强，成本也较低，但同样需要外部电源，因此也只适合在短距离、较少监测点的电缆沟应用。光纤测温施工难度一般，精度高、寿命长、信号传输可靠、不需要外接电源，但一次性投入相对较大，因此适合长距离密集的温度监测，对重点供电线路的电缆沟建议采取DTS光纤温度监测。

对于电力系统电缆沟的火灾隐患必须予以高度重视。只要有科学的态度，无论是新建的电缆沟还是已经投运的，都可以通过先进的温度在线监测方式来实现实时的温度监测，甚至可以监测电缆的载流情况，这不但能有效防止火灾的发生，也能提高电网运行管理的水平，向智能电网更近一步发展。

1 富廷全，罗 睿，李健平．用电缆在线监测系统预防电缆沟火灾[J]．吉林电力，1998(05).

2 李书权．电力电缆运行温度在线监测系统：[学位论文]．大连：大连理工大学, 2002.

3 张 霄，刘 凯．浅析地下电缆隧道火灾的扑救[J]．广西民族大学学报(自然科学版)，2006(S1).