电力电缆防火封堵性声学检测研究及评判指标

孙 进， 王梓萌， 宋习文

（1. 国网上海电力公司青浦供电公司运检部，上海 201701；2. 上海创知电气科技有限公司，上海 200120）

0 引言

随着我国现代化建设的不断完善，电力应用已步入千家万户，电力电缆作为传输、分配电能的重要基础设施和连接部件，其分布及应用十分广泛，电缆的覆盖率对其防火的安全性和可靠性提出了更高的要求。开关柜电缆仓和电缆沟道的内部空间均较为狭窄且线路密集，长期处于运行状态下外绝缘易老化而引发火灾，影响正常供电的同时还会释放大量烟雾和有毒气体，加剧火灾造成的经济损失和人员伤亡状况。传统的电缆运行维护受到环境、人力和成本的制约，工作效率较低，难以做到定期巡检和实时维护，增加了风险。

1 电力电缆防火封堵现状

1.1 防火封堵系统

电力电缆的防火封堵是采用适宜的防火封堵材料对空开口、电缆贯穿空洞、建筑缝隙进行密封或填塞，使其在规定的耐火时间内与相应的构件协同工作，以阻止热量、火焰和烟气蔓延扩散的一种技术措施。防火封堵系统主要由防火门、防火阀、防火包、防火板、有机堵料、无机堵料和防火涂料组成，多应用于电力、石油化工、天然气、钢铁冶炼、通信运输、公共建筑等领域[1-7]。

1.2 防火封堵材料

防火封堵材料在具体工程应用时要根据电缆规格和种类以及用途环境的不同来进行细致选择[8-9]。按照材料的主要成分可以划分为有机防火堵料、无机防火堵料和阻火包等几类。

有机防火封堵材料主要以有机合成树脂为粘接剂，添加防火剂、填料等制作而成，具有较高的稳定性，不容易被固化侵蚀，能够长久保持良好的可塑性和柔韧度，主要应用于工程贯穿孔洞的防火封堵，可以任意造型，有效应对各种形状的孔洞，在节省工程成本的同时又能够保证防火封堵工作的牢固质量，常与无机物防火堵料和阻火包配合使用。

无机防火封堵材料是一种灰色粉末状材料，主要由耐高温的无机物料和速固材料混合而成，又被称作速固防火堵料，多应用于电线电缆的孔洞和工程建筑缝隙的封堵工作，还可以作为阻火墙构建材料。在使用无机防火封堵材料时，要保持封堵孔洞的整体清洁[4]。无机堵料在与水进行充分混合后，能够快速成型且具有较高的强度，能够轻松应对较大的工程缝隙和孔洞，且无味、无毒、无腐蚀性、防火、防爆、耐油，能够有效阻止火势蔓延且不会产生烟雾，施工方便快捷，常用于工矿企业电力、化工、建筑等贯穿孔洞和电缆沟的防火封堵。

阻火包又称耐火包，是采用经过特殊处理的玻璃纤维布料将耐火材料、隔热材料进行包裹制作成不同规格的包状物体，具有良好的不燃性，能够在火灾发生时迅速膨胀、凝固，阻止火势和烟雾的蔓延，主要应用于化工行业、高层建筑和电力工程等电缆贯穿孔洞和隧道竖井防火隔离墙的封堵，因其制作快速、更换便捷的特性，常被用于需频繁更换和增减电缆的施工项目中[6]。开关柜电缆仓电缆孔洞的防火封堵材料主要选用防火堵料盒、较为柔软的有机堵料和填缝剂等；电缆沟的防火封堵材料选择多为有机物堵料，在针对多层电缆穿墙产生的裂隙时，则选择施工较为便捷的无机物堵料。这些材料需要根据施工场所的不同进行择优选用。

1.3 常用防火封堵方法

常用的防火封堵方法主要包含“封、堵、隔、涂、包”等步骤。“封”指将电力电缆封闭在固定空间内，将其与外界间隔开来，在内部发生燃烧时起到隔绝氧气、封锁烟雾的作用，控制火灾的规模，有效阻止火势扩散[3]。“堵”是在电缆贯穿孔洞、墙体缝隙等部位使用防火封堵材料，通过设置防火墙等设施对相关电缆设备进行分火封堵，减少可能发生的损失，从被动意义上对火势进行控制。“隔”是将各类电缆分隔在不同的定义空间内，防止火灾发生串联，将危险控制在较小的分割点中，实现对环境的控制。相关工程通常通过设置防火墙、防火板、分隔板等设施来达成分隔的条件。“涂”是在电力电缆的表层涂抹防火涂层，如工程常用的W60-B 膨胀型电缆防火涂料，可在火灾发生时快速膨胀，生成均匀的海绵状泡沫层，起到防火隔燃的效果。“包”是在电力电缆的外部直接包裹防火带，在内部形成环状密封空间，阻止内外部空气的流通，保护所包裹的电缆不受火焰侵蚀。

在对开关柜电缆仓进行防火封堵时，首先要确保施工现场的环境整洁，将仓内密集的电缆线整理整齐，保证设备正常运行的同时安装电缆备用孔阻燃管道。根据开关柜内的电缆规格和孔洞尺寸进行封堵前的处理工作，安装并固定电缆孔洞的底板及防火堵料，将柔性较好的有机物堵料填满电缆缝隙，保证紧密无孔，并将孔盖安装牢固。在电缆沟防火封堵施工过程中要将封堵部位附近的空间清理干净，保证电缆设备摆放整齐且表面无明显灰尘，保留安装备用孔道，将所使用的无机物堵料进行切割，沟道底部设置排水通道和流水拦截网，保证电缆设备的正常使用[10]。安装耐火隔板、防火线条，采用柔性有机堵料密封紧实后，将无机堵料与速干水泥对建构的模块进行覆盖粉刷，电缆沟防火墙两侧的电缆表面所涂防火涂料厚度不小于1 mm，长度不小于1500 mm。施工完成后，铺好载重盖板使之与地面连接平整。

1.4 当前工程防火封堵的不足及改善

当前防火封堵施工中还存在着些许不足之处，如电力电缆相关设备封堵施工缺乏系统而全面的设计，导致施工过程中出现的人力、物力资源的浪费和时间成本的增加，开关柜电缆仓、电缆沟等空间有限，施工质量容易受到环境的影响，传统检测手段存在的弊端使部分设施难以及时维护等，都影响防火封堵工作。这些问题可以通过设计会检、加强施工监理强度和引进声学测量技术来加以改善，在整个施工建设的前期准备工作中，将电缆设置的线路进行分类汇总，保证没有遗漏，避免后续的施工补救[5]。强化防火封堵施工的监理机制，以严谨规范的监理制度来保障工程实施的质量，与此同时，也要将声学检测技术纳入工程验收的范围内，以科技手段为封堵的密封性保驾护航[2]。

2 防火封堵检测方法

2.1 声发射和声学成像技术

声发射技术是一种通过接收声发射信号，对材料或构件进行动态检测的技术，具有高效率、高质量和无损性的特征，是一种较为成熟的应力分析工具，可以测量到物体裂隙和变形时释放出的弹性波，常被用来进行裂纹和断裂状况的检测。声发射技术的实施常受到材料性质、设置环境、传播路径和噪音干扰等因素的影响，对声波信号的发射和接收带来间接的制约作用。

声学成像技术依托传声器列阵测量，能够测量密闭空间内声波信号的相位差异和声源位置，并通过科学成像的方式加以显现，以颜色和亮度代表测量声源的强弱，被广泛应用于各种测量场所。声学成像技术利用相关声学、电子学和信息处理的知识理论和研究成果，将物体内部结构的声学信息转化为有形的二维图像，便于相关技术人员和工程施工人员对工程完成的质量进行检测。当前行业应用最广的声学成像技术是波束形成法和近场声全息法，波束形成法对中高声源有较好的分辨率，而近场声全息法则与之相反，对中低频率声源的分辨率更为精准。但这两种声学成像技术都容易受到现场无关噪音的影响，在杂乱的环境中难以发挥出自身的优势。

2.2 工程检测应用

在电缆防火封堵领域，声发射技术和声学成像技术可用来对封堵部位的紧密性进行声学测量，能够锁定人工无法识别的裂纹和缝隙[9]。封堵物的裂纹是非线性的不规则几何形体，声发射参数能够对其损伤部位进行真实反映，进而实现对电缆设施防火封堵性的检测与评判。声发射技术和声学成像技术的有力结合，能够在检测应用过程中采集需要的声波信号和裂纹演变图像，观测材料内部的微观损伤，判断堵料具体的填充运行状态，在动态压力变化的过程中，可利用相关换能设备分析得到活性缺陷的动态信息，提高声学检测的速度和效率。

声发射设备的选择要根据对应检测场所的信号频率，根据频谱分析选择最合适的传感器；声学成像设备的应用与选择要考虑声像仪的有效频率。相关研究表明检测压缩空气泄露的最有效频率范围是20 kHz～30 kHz，对于在安全距离进行局部检测则在10 kHz～30 kHz 为最佳，选择麦克风较多的仪器能更好地捕捉声波信号、优化检测过程的频率收录。声学成像设备的选择还需要考虑搭载具有分析能力的辅助软件，如FLⅠR Si124 自身提供记载分析工具，可利用AⅠ/web 工具进行预测性分析，技术先进、使用便捷，能够缩短查漏工作进程，提高效率。

3 电缆防火封堵验收指标

开关柜防火封堵的施工有严格的验收和检测标准，防火堵料盒的安装要牢固兼顾美观。电缆包裹无缝隙，外部涂层平整无孔洞，依照相关规范整齐悬挂标识牌，电缆封堵设备附近无杂物[8]。以有机堵料和阻火包为封堵材料的，封堵厚度≥180 mm，室内电缆沟通柜耐火极限≥1 h；以柔性有机堵料和耐水性无机堵料为封堵材料的，封堵厚度≥120 mm，室外电缆沟通柜耐火极限≥1 h。电缆沟的防火封堵施工标准为防火墙要有清晰规范的图案；墙体垂直平整；防火涂料覆盖均匀。以柔性有机堵料、阻火包和电缆防火涂料组合封堵的，电缆沟阻火墙的，墙体厚度为320 mm，长度≥1 mm，阻火墙的两侧电缆需要涂刷防护涂料，涂刷厚度1 mm 左右，室内电缆阻火墙的耐火极限不得低于2 h。以柔性有机堵料和耐水性无机堵料和电缆防火涂料组合封堵的，墙体厚度为240 mm，长度≥1 mm，涂刷厚度1 mm左右，室外电缆阻火墙的耐火极限不得低于2 h。