电缆运行应急状态模型的构建与功能

邵建华

（上海市电力公司检修公司，上海 200072）

0 引言

通过对电网重大事故的统计分析，输电线路和变电设备的故障，是诱发电网事故的主要原因。例如，2006年7月17日，纽约市由于天气炎热造成电缆损伤，持续1周大停电，影响到10万人生活。又如，2008年10月19日，委内瑞拉一条主要供电电缆故障，导致全国大部分地区停电，影响到数千户居民生活。这两个案例说明了，电缆的正常运行直接关系到电网的安全供电。

与架空输电线路相比，电力电缆具有运行环境复杂、施工难度大、工艺要求高、缺陷较为隐蔽等诸多特点，因而建立电缆运行的应急模型十分必要，这对于预防电缆故障的发生，发生故障后的严重化和扩散化，都具有重大意义。

1 电缆运行应急状态的定义

1）定义 电缆运行应急状态是指电力电缆在运行过程中发生的难以预料、不确定性、较大的突发事件。该事件已经造成或在短期内将要造成巨大危害，表现为线路跳闸停电、人身安全损害和电网设备损坏，需要在紧迫的时段内给予快速和妥善处置。

2）分类 电缆运行应急状态，一般分为电缆危急缺陷状态和故障状态两大类。①危急缺陷状态指电缆出力迅速下降、情况危急，必须立即处理，否则会发生人身伤亡、设备损坏或停电事故，如充油电缆严重漏油、电缆附件发生严重局部放电、接线桩头温度过高、外护层绝缘严重损伤或缺失。②故障状态指电缆已经没有出力并退出运行，如电网出现跳闸停电。

3）特点 电缆运行应急状态具有脆弱性、紧迫性、危害性和不确定性，主要表现在以下方面：①电缆绵延，敷设地广，无人看护，大多暴露于自然环境和社会环境之中。因而，电缆对于其外部环境而言具有很大的脆弱性，如地震、台风、洪水、高温天气、人为偷盗、施工外损、违规操作等，都极易对电缆造成突发性损害。②电缆发生故障，会打破供需平衡，造成参数紊乱、误跳停电，甚至大面积停电，处理故障时间要求快速有效，具有很大的紧迫性。③电缆突发故障停电，会造成一系列衍生灾害，具有很大的危害性。如交通信号灯失灵，会使交通秩序混乱；医疗抢救设备停用，导致患者生命垂危等。④电缆埋在地下，其上方盖有保护板，或敷设于电缆沟，或敷设于电缆隧道，保护屏障使得电缆隐患难以被发现，具有很大的不确定性，如停电后查找电缆故障点十分困难。

4）生命周期曲线 为了更好地了解电缆应急状态的发生和演变过程，引入二维坐标系，分别将时间和影响程度两个维度，分别设置为该坐标系的横、纵坐标轴，利用电缆运行生命周期曲线图，描述应急状态在无外力作用下的自然发展过程，如图1所示。

图1 电缆运行应急状态的生命周期曲线

由图1可以看出，电缆运行生命周期曲线总体呈抛物线形，根据抛物线上升阶段陡峭程度的不同，可以分为突发型应急状态和渐变型应急状态。

①突发型应急状态在图1中表现为曲线上升段较陡峭，表示电网在极短时间内由正常运行跳跃至停电状态，如由雷击过电压、外力损伤电缆等重大电缆事故。②渐变型应急状态在图1中表现为曲线上升段较平缓，表示电缆由正常运行状态发展为一般缺陷，由一般缺陷发展为重大缺陷，由重大缺陷发展为危急缺陷，只有当该应急状态没有得到有效处理时才会造成跳闸停电。如因长期日晒雨淋、超负荷运转，造成电缆热缩管套件老化，发生接头放电现象。

2 电缆运行应急状态模型

根据电缆运行应急状态生命周期的特点，可以由预防、准备、响应、恢复，4个模块组成电缆运行应急状态模型，如图2所示。

图2 电缆运行应急模型

2.1 预防模块

预防模块的功能是对电缆运行应急状态产生的原因进行识别和制定预控措施。

2.1.1 分类梳理

采用因果图工具对电缆运行应急状态的产生原因进行分类梳理。对于危急缺陷，产生的原因一般可分为以下七种类型：①腐蚀损坏，包括浸水、电腐蚀、热腐蚀、化学腐蚀或者电解腐蚀；②施工不良，是指绝缘表面有杂质、绝缘内有水分、终端头热收缩过度和野蛮施工，包括尾管封堵不严、应力点部位有热点和导线压接不到位；③工艺不良，是指屏蔽层接头采用缠绕压接法施工；④外力损坏，包括施工碰线、偷盗、地面下沉、绝缘胶膨胀和振动；⑤运行不当，包括过载运行、雷击过电压、内部过电压；⑥制造不良，是指外护层不密封、屏蔽层厚度不均匀，包括压铅有砂眼；⑦老化，包括密封圈老化和热缩管老化。

2.1.2 应急策略

应用ABC原理对电缆运行应急状态的预防性措施进行分类，可以参见表1。相应的应急策略有以下3种。

表1 应急状态预防措施分类

1）远离策略 使风险源远离工作环境或使工作环境远离风险源，通常有两种技术措施。一是，将电缆远离风险源。例如，当电缆与电车轨道平行敷设时，二者距离不应小于2 m。二是，将电缆与风险源隔离。例如，对电缆敷设的走廊采取防火隔断技术措施，在电缆密集处装设防火隔板，在电力室的电缆表面涂刷防火材料，并用防火材料封堵孔洞。

2）改善策略 比要求做得更好，用以抵制风险或危机的根源，通常有四种技术措施：一是，密切监控电缆的敷设全过程，实施电缆的零缺陷敷设。例如，避免制作接头时工作环境湿度过大，空气悬浮颗粒过多。二是，采用先进的施工工艺，改善电缆运行的技术性能指标。例如，采用冷缩电缆头代替热缩电缆接头，可以有效解决电缆屏蔽断面处应力集中的问题。三是，建立防范机制，从根本上避免危险源的出现。例如，在电缆线路附近施工时，应有电缆护线人员向施工人员进行施工交底，并在现场监护施工全过程。四是，落实缓冲措施，弱化危险源对于电缆安全运行的影响。例如，当敷设电缆临近热源运行时，应避免电缆敷设过于密集，也可采取加装通风装置。

3）相容策略 与能够抵制风险或危机根源的制度相容，通常有三种技术措施：一是，根据电缆运行的特点，制定针对性的巡视周期，严格按照作业指导书规定的技术要求和操作规程执行巡视任务。对于强降水、破坏性地震、重大比赛等特定电缆运行状态，应根据应急要求组织特巡。二是，选择电气指标和周围环境指标进行检测，制定合理的监测周期，明确检测指标的安全阈值和预警阈值。例如，对充油电缆进行油压监测和红外测温。三是，根据电缆设备的运行特点，制定针对性的检修周期，严格按照作业指导书规定的技术要求和操作规程，执行巡视任务。

对于集中发生的施工不良、工艺不良和技术问题，需要重点对由同一施工队伍建设的电缆、或使用相同工艺的电缆、或使用同一批次电缆套件的电缆，实施针对性地技改措施或进行大修。

2.2 准备模块

准备模块是对电缆运行的状态进行分级，并配置相应的人员、设备、材料、抢修方案、信息与资料等资源要素。

2.2.1 状态分级

对电缆运行的状态进行分级要与政府应急部门和上级公司应急部门建立联动机制，第一时间获得政府和上级公司统一发布和取消的预警状态指令。同时，建立与气象、地质、水情等专业预防预测和监控预警部门的协作机制，了解恶劣天气和重大自然灾害的实时信息，评估这些事件对电缆正常运行的影响程度，并根据应急状态产生的可能性和其后果的严重性，对电缆运行中的状态进行分级。例如，可根据气温分别设置日常状态（33℃及以下），一级预警状态（33～35℃），二级预警状态（35～37℃）和三级预警状态（37℃及以上）。

2.2.2 提前准备要素

1）人员准备 针对不同级别的电缆运行状态分别设立针对性领导和组织机构，并明确该组织所有成员的职能，为不同级别的预警状态设立相应的现场作业人员总数和值班班次。对于确定现场作业人员，可以通过建模仿真实现。例如，采用Arena软件，以排队论为理论依据，对某电网公司故障抢修流程进行模拟仿真。仿真针对不同的电压等级（380 V，10 k V，35 k V）分别建立模块，以故障频率、抢修时间和抢修人员需求为输入，评估目前抢修人员配置是否合理，并给出优化后的人员数量建议。对于故障频率，仿真时假设各电压等级故障服从负指数分布（Expo（x）），并根据历史数据得出λ值。对于抢修时间，从历史数据中模拟，采用三角分布。对于人员需求，采用调研访谈方式，由抢修管理人员提供数据。仿真结果显示，目前的抢修人员配备不能满足要求，需要增加抢修负责人的数量。在增加1名抢修负责人的情况下，所有电压等级的平均等待时间均显著减少，最长等待时间可减少一半，参见表2。

表2 抢修等待时间仿真结果 min

2）物资准备 应急工器具包括充油电缆抢修工具箱、交联电缆抢修工具箱、信号系统抢修工具箱和抢修安全用具箱等；应急资料包括附有绘图仪打印的电缆单线图、该电缆资料（型号、截面、长度等）、抢修流程记录单和各项检测数据记录单等；应急车辆包括抢修工井车、应急电源车、卷扬机、照明车等；抢修材料包括电缆和电缆附件；通讯工具包括网络、计算机和对讲机等。

3）方案准备 应急方案需包括临时抢修点的设立情况，设备特巡的周期和要求规定，需要针对性开展的检查、测试和消缺工作，故障指挥人员和抢修队伍的具体值班安排，抢修物资的具体安排，赴可能发生故障地点的车辆行进路线图或说明，针对可能发生电缆故障的具体抢修方案。

2.3 响应模块

响应模块是遵循科学的工作流程开展检修和抢修，以最快的速度消除危急缺陷，或修复故障并恢复供电，电缆故障响应流程参见图3。

1）信息收集 设备主人在巡视过程中发现危急缺陷，调度员发现跳闸停电后，记录缺陷或故障的信息并登入计算机平台，包括电压等级、设备类型、设备名称、缺陷等级、缺陷来源、缺陷内容、发现人、发现时间、发现地点，以及当天的天气、气温、负荷等情况等。

图3 电缆故障响应流程图

2）方案制定 根据缺陷和故障的信息确定消缺或抢修方案，采用一级制定、一级审批的方式。一般由主管电缆运维的相关人员负责制定和审批方案，110 k V及以上电压等级的抢修处置方案技术性较强，由技术质量部门的专职和主任分别制定和审批。

3）出发准备 计划员根据需要联系确定停电时间，确认现场安全措施，检修或抢修负责人详细了解设备名称和类型、缺陷或故障性质及状况，明确检修或抢修的作业要求，并打印所需的电缆资料交各电缆班组实施检修或抢修。

4）现场处置 作业班组赶赴现场后，根据已确定的方案实施检修或抢修；对于电缆故障，在抢修前还需经调度许可进行故障测试，查找到故障点。现场处置完成后，检修人员将电缆提交设备主人现场验收确保合格，抢修人员对电缆做耐压试验确保合格。

5）验收汇报 现场处置小组将检修或抢修的工作量登入计算机平台，提交设备运行人员。抢修情形下还需通知调度和各地测绘班，后者对电缆资料进行修改。

2.4 恢复模块

恢复模块是对应急响应的过程作出评估，总结在资源准备和调配、消缺和抢修方案、现场处置流程等方面的问题和经验，从而进行优化改进。

1）时效性评估 该评估的对象是从检调通知电缆中心抢修任务或危急缺陷被录入PMS系统开始，到抢修或消缺工作验收汇报完成的时间段。它侧重分析应急状态处置的时间安排，考察处置时间是否小于处置周期上限的规定，并将处置时间段拆分后对应到具体的处置行动，了解处置时间的详细归属，从而找出耗时过长、或存在改进空间的环节。

2）有效性评估 该评估的对象是抢修方案或消缺方案。它侧重从技术角度考量方案是否成功实现了消缺或恢复供电，在此前提下，考量方案是有效避免了应急状态损失的扩大（如采用设备隔离措施），是否有效排除了未来的故障隐患（如采用预防性措施），是否最大程度上避免了掘路工作量等。

3）经济性评估 该评估的对象是应急状态处置过程所动用的各类资源，包括抢修或检修队伍、车辆、材料、仪器、设备等。它侧重从应急处置成本的角度考量是否存在资源浪费的情况，基于应急处置现场所使用资源的独占性特点，考量现场的人员、设备、车辆等资源要素是否出现闲置或使用不充分的情况。