电力电缆火灾监测及防火预警系统的研制

摘自《华北电力技术》,2000年第12期

 摘要 火力发电厂一旦发生电缆火灾，将会造成重大损失。本文分析了电缆发生故障的原因，介绍了一种通过监测温度来检测电缆故障的方法，阐述了电缆故障在线监测系统的功能和应用。该系统的温度在线监测和火灾预警功能，对保证电厂的安全生产，减少经济损失起到重要作用。

 关键词  电缆故障  温度在线监测  火灾预警

Abstract  Enormous losses are incurred if cables start fires in power plants. This paper analyzes the reason for cable fault and introduces a method to detect cable fault by monitoring of temperature and illustrates the function and application of the cable fault on-line monitoring system. It has two functions: the on-line monitoring of temperature and the early warning of potential fire. This has a critical effect on safety production and decreasing economic loss in power plants.

Key words   cable fault  on-line monitoring of temperature  early warning of fire

随着机组容量的增大，自动化水平相应提高，电缆用量越来越多。一台200MW发电机组，各类电缆长达200~300km。某电厂一期工程2台500MW超临界参数发电机组，电缆用量达3000km。由于电缆长度增加，其火灾事故的发生几率也相应增加。火力发电厂一旦发生电缆火灾，将造成严重损失。目前在建和运行中的火力发电厂，大多仍采用易燃电缆，电缆防火问题尤为突出。

   据有关资料统计，近20年来，我国火电厂发生电缆火灾140多次，其中1986~1992年7年间竟达75次。有24个电厂发生过2次及以上电缆火灾事故，个别电厂达4~6次。70%以上的电缆火灾所造成的损失非常严重，其中40% 的火灾事故造成特大损失。1975~1985年间，因电缆着火延燃造成的重大事故发生60起，造成直接和间接损失达50多亿元。

1.     电缆故障原因分析

由电缆故障引起的火灾导致大面积的电缆烧损而被迫停机，短时间内无法恢复生产，从而造成重大经济损失。通过事故的分析，引起电缆沟内火灾发生的直接原因是电缆中间接头制作质量不良、压接头不紧、接触电阻过大，长期运行造成的电缆头过热烧穿绝缘等。

例一：东北某发电厂#2循环水电缆中间接头过热，烧损该沟内所有电缆，造成被迫停机事故，据了解，上午有人在距故障电缆中间接头80多米远的竖井上已嗅到了绝缘烧焦的味，下午7时引发了火灾。

例二：某发电厂两台200MW发电机组，因一台机组的循环水电缆中间接头过热引燃并烧穿了本机的另一条循环水电缆，同时烧损了另一台机组的循环水电缆，造成两台200MW发电机组被迫停机事故。

通过多次事故分析发现，电缆沟内火灾的发生主要原因是由于动力电缆中间接头制作质量不良所造成的，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。

电缆中间接头的压接质量好坏，只能在运行中发现，运行时间越长越容易发生过热烧穿事故，统计表明建厂10年后的发电厂，基建时制作的电缆头90%以上均因质量不良引发故障而更换。 

2.     目前常用的电缆温度监测方法

感温电缆式测温系统：将感温电缆与电缆平行安放，当电缆温度超过固定温度值时，感测电缆被短路。系统仅能一次性使用，不能测出电缆的实际温度值；由于电缆数量多，系统安装及维护工作不够方便，设备易损坏；不能进行早期故障预测，不能实时显示测量值，无温度趋势分析。

热敏电阻式测温系统：可以显示温度值，但由于每个热敏电阻都需要独立的接线、布线复杂且热敏电阻易损坏、维护量大；传感器不具备自检功能，需要经常校验，因此也不常采用。

针对上述情况研制的分布式网络化测温系统，可对电缆温度进行在线检测，随时了解电缆的温度变化，及时发现电缆故障并进行报警。 

3.     防火预警系统的组成

电缆温度在线监测系统，采用了当今先进的通信技术、微处理器技术、数字化温度传感技术及离子感烟技术以及独创设计的低温、强电场、潮湿环境运行技术，避免了电缆沟内强大电场的干扰，完整安全地把数据传送至监视终端。

该系统具有良好的计算机界面、可显示电缆沟道模拟图、显示传感器所监测的实际位置及所有电缆型号、长度、截面、中间接头位置等参数，当运行中电缆出现异常时，显示画面及事故音响同时出现，可通过计算机的电缆沟道模拟图上直接查看，并能迅速准确地判断出发生故障的实际位置，提高了电缆运行的可靠性及技术管理水平。

3.1系统体系结构

系统采用全数字化网络结构，提高了整个系统的抗干扰能力。系统为双层总线结构，上层为模块级浮动隔离总线，将操作站与分布于电缆沟内的集线器连接起来。每个集线器可挂接多个离子感烟探头和温度总线，温度总线可支持智能温度传感器，并设有温度总线中继器。整个系统的数据通信采用CRC16和CRC8纠错校验，并保证系统能在恶劣环境下可靠地运行，图1为系统结构图：

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

图1 温度在线监测系统结构图

 

3.2集线器

集线器主要完成对分布于电缆沟内的温度测点及感烟探头进行采集、自动校验和故障检测，并将结果通过模块总线发布到系统中每个显示操作站作进一步处理。集线器采用三CPU冗余结构，一个通信处理器和两个冗余的信息处理器，具有极高的安全性和故障修复能力，并采用电源及模块总线的双重隔离，可耐电压3.5KV。其电源采用交流/直流18~36V的宽电压范围供电，供电电压无需调整，确保系统能够在极恶劣的环境下运行。

3.3温度转接器

温度转接器可将温度总线延长50m，使温度总线构成网状连接，一般可用转接器将温度总线分成多个段，这样实际的布线距离将远远大于规定尺寸。

3.4智能温度传感器

智能温度传感器是数字化温度传感器与总线接口的集成，具有体积小、抗干扰能力强等优点。传感器可抗静电放电电压15KV，工作温度为-55℃~ +125℃，数字化转换时间为1 s，测量误差为0.5℃。

3.5离子型烟雾传感器

离子型烟雾传感器用于检测电缆绝缘受热及燃烧时产生的化学气体(有色或无色)，这是采用红外或非离子型感烟探头所无法实现的。

3.6现场总线接口及操作监视站

ACCESS模块总线将操作监视站与分布于现场的集线器连接起来。它采用双隔离浮动总线技术，能耐高达3.5KV直流电压。这一设计，有效地防止了电缆沟内的高电压串入操作监视站，造成人员和设备的损伤，这种情况往往在电缆发生火灾时可能发生，其隔离总线结构如图2所示。

 图2 隔离总线结构

4.应用实例

北方某电厂于1999年4月安装了本系统，在最初的6个月中，电缆温度曲线表明电缆温度处于正常范围内。1999年10月25日系统显示安装在4号循环水泵的1号接头处温度明显上升，温度曲线如图3所示，经检查，是由于接头老化引起过热，接头经重新处理后，系统温度显示恢复正常。

5.结论

本系统经受住了严寒、酷暑、潮湿环境的考验，实践证明其具备长期稳定的性能，能准确监测电缆沟内的温度情况，减少了电厂中因电缆故障造成的损失。系统可与厂内的管理网络相连，实现信息的共享，提高了电厂的安全性和经济性。

 

6.参考文献

1 苏世青.电缆火灾及其防护.《华北电力技术》.1994，6，(50)