摘要:本文针对交联聚乙烯电力电缆运行及故障特点，分析了电缆火灾的起因与特点，根据系统和运行特点，分析了各种防火措施的适用性和经济性，并根据多年来处理电缆故障的经验，创新的提出了利用小电流接地系统选线装置切除故障电缆或将故障相直接接地的电缆防火措施，可经济、方便、可靠地预防突发性电缆火灾的发生并尽可能减少故障损失。
关键词:电缆火灾防范措施小电流接地故障弧光短路
交联聚乙烯电力电缆在国内推广使用已经10多年了，在此期间，因电缆接头故障引发的电缆火灾事故时有发生，并由此带来了很大的经济损失，随着首批(早期)投运电缆的运行时间逐渐接近设计寿命，电缆本身的故障率也将不断增加，，未雨筹谋，积极预防电缆运行故障及电缆火灾的发生并尽可能减少故障损失，提高系统供电的可靠性，具有非常重要的意义。电缆火灾的起因与特点分析:
1.1交联电缆火灾的起因交联聚乙烯电力电缆应用初期，由于许多用户使用电缆接管出现错误、电缆接头安装工艺不规范，致使电缆接头故障频出，有些电缆接头的运行寿命只有几年甚至几天，由此导致的电缆火灾所造成的损失也是十分惊人的。例如:山东铝业公司在6年间共发生较大的电缆火灾3起，其中1994年3月11日三配、一配四个受电回路10余条电缆中，受电1, 2, 8三个回路5条电缆因接头故障引起的火灾造成短路，受电3带伤维持运行，造成氧化铝厂大范围停电，停电时间长达13个小时;水泥二配第2次电缆火灾也烧坏路受电的全部6条240mm2电缆，造成水泥III配全站断电和第二氧化铝厂大范围停电，时间长达巧小时以上。3次电缆火灾均由电缆接头故障引起。此外，据悉山东某大钢厂一次电缆接头故障引起的火灾，烧断12条电缆，造成两座高炉和烧结机停产20小时，电力系统的类似火灾事故多不胜举，直接经济损失少则几万，多则几十万甚至上百万。
1.2火灾特点分析:油浸纸绝缘电力电缆，尽管含有易燃的绝缘纸和电缆油，但因其铅包或接头浇铸的环氧树脂外壳的保护作用，并且电缆系三相统包，故障通常为相间短路，不会持续带故障运行，即使发生单相接地，也由于铅包散热性好、不然烧，能可靠地隔绝空气，因此极少发生因电缆或接头故障引起的电缆火灾事故。交联电缆则不同，其结构为单相屏蔽，电缆接头也是按照逐层恢复的原则设计安装，因此，当电缆或接头发生故障时，故障接地电容电流因其放电通道短而不能自动息弧，持续放电将积蓄热量引燃塑料绝缘、填充物及护层，继而产生相间短路，从而发展成为电缆火灾。调查分析3次电缆火灾的故障过程，初始故障电缆单相接地持续时间均在几到十几分钟，继而电缆短路，系统速断保护动作切除故障，但此时火势已大，因此，火灾的发生与相邻回路的故障已再所难免。
2电缆火灾的防范措施
电缆火灾的防范措施可分为二大类:预防性措施和防护性措施，防护性措施又可分故障限制型和损失限制型，现分述如下:
2.1预防性措施及特点目前国内外采取的预防性措施主要有:
1)电力电缆线路的交接与预防性试验，对橡塑电缆主要有电缆主绝缘直流耐压试验、电缆外护套绝缘电阻试验、电缆内衬层绝缘电阻试验、铜屏蔽层电阻和导体电阻比试验及交叉互连系统试验，上述方法中，直流耐压试验可以发现部分重大缺陷，通常只能提供电缆出现缺陷的早期信号，提示出现缺陷，但对PE/VPE电缆，试验时可能对电缆绝缘造成损害，并且有时采用非常高的电压水平也不能可靠地发现严重的薄弱点(如严重的水树枝等)，可靠性差。目前国外已开始使用VLF(甚低频)一O.1Hz余弦方波电压试验，该试验方法具有局放起始电压低和放电通道增长速度高的特点，但费用高，主要用于运行电缆老化试验和分级、新设电缆的合闸交接试验。
2)电缆接头的在线检测及巡回检测。电缆接头在线检测可及时可靠地发现故障前兆并及时采取措施，但投资大，不能用于电缆突发故障及电缆本体故障的检测，难以普及应用;人工巡回检测适时性及可靠性均较低、工作量大。
2.2防护性措施及其特点
2.2.1故障限制型
1)选用阻火、阻燃电缆等特种电缆，能在故障发生时限制故障的发展和破坏范围。投资大、影响散热。
2)电缆防火包带、防火堵料、接头盒局使用限性大，接头盒散热差。
2.2.2损失限制类。
1)防火涂料、投资大、影响散热、施工工作量大。
2)防火槽盒可限制故障引发火灾或抵卸外部火灾。对电缆载流量影响最大，投资最大。
3)电缆防火墙:能阻断区域火灾的蔓延，减少损失。用作火灾的后备防护。
分析上述防范措施特点可知，电缆火灾的防范可根据需要及各类措施的特点综合分析选取:规程规定的电缆交接及预防性试验是必不可少的，可以此作为电缆故障的预防性措施:电缆防火墙的设置也是必须的，该措施投资很少，但作为电缆火灾的最终后备保护，仍是相当有效的;其它措施的选用则应根据电缆工程的特点、系统的重要性、措施的有效性和投资(性价比)予以确定。例如:处于易燃易爆场所的电缆，置于电缆防火槽盒中防护(或涂刷防火涂料)可有效抵卸外部火灾的损害，但是，因散热条件恶化，电缆允许载流量明显降低，电缆工程投资将加大;对较重要的电缆回路，选用电缆接头在线检测可有效预防接头故障，但对电缆本体的故障无能为力;重要电缆回路选用阻燃电缆时，工程造价将提高10%~25%;如果说较大的投资对重要回路或特殊场所的电缆防火是必须的话，那么，一般性的电缆线路却难以寻找到即经济实用又简便可靠的防火措施。为此，笔者提出“利用小电流接地系统选线技术实现电缆的故障限制，防止电缆火灾发生”(简称“消弧防火法”)的新方法。
3小电流接地系统选线技术在电缆火灾防范中的创新应用
3.1理论依据国内电力系统中性点的接地方式主要有:中性点直接接地、不接地、经消弧线圈(或电阻)接地。
我国6-66kV中压电力系统(不包括6-1 OkV直接连接发电机的系统)，通常采取中性点不接地的方式运行，仅当单相接地故障电容电流较大时(见电力行业标准KL/T620-1977，才采用经消弧线圈或经低电阻接地方式。因此，国内工矿企业等大多数情况都运行于中性点不接地的方式，不设单相接地保护，允许线路在单相接地时带故障运行，其目的主要是提高供电可靠性，这对于架空线路及有户外终端头的电缆线路等能够自动消除单相接地故障的系统无疑是正确的。但是，对于两端均在户内的交联电缆线路，绝大多数情况下其单相接地故障都是永久性的，此时如果仍按常规处理，单相接地故障必然会转化为相间短路事故并因单相接地时的持续电弧作用引发电缆火灾。因此，当电缆线路发生单相接地故障时，只要能够及时切除故障电流，就能够可靠地防止电缆火灾的发生。
3.2 6-lOkV线路的继电保护配置现状目前国内6- l OkV线路的继电保护有:速断保护、带时限速断保护、过电流保护、单相接地保护，设计时根据系统情况配置选用，目前6- l OKV线路的继电保护大多不设单相接地保护，通常仅设置小电流接地检测装置发出选线信号，因此，当电缆线路单相接地故障时，系统要等到发展为相间短路时，方可由速断保护切除故障电缆。虽有些较新系统设有小电流接地系统微机选线保护装置，但因为使用、维护及调整等环节存在问题，实际功能不能正常使用的情况不少，因此，线路发生接地故障时，通常不能及时发现，使电缆线路故障发展为相间短路引起电缆火灾。
3.3及时切除故障电缆，防止电缆火灾发生由上述分析可知，中性点不接地或小电流接地运行方式的配电系统中，对全电缆馈电回路(尤其是2端均在室内的系统)，系统带单相接地故障运行对提高连续供电意义不大，相反，却对系统的安全性带来危胁并可能导致电缆火灾发生，由于运行电缆由单相接地发展到相间短路的时间与系统接地时的电容电流的大小成反比，因此，在这种情况下，可根据系统运行方式、负荷类别等条件和要求，设置单相接地保护、利用小电流接地系统选线装置、微机接地保护装置等及时切除故障回路，对较重要回路可考虑在切除的同时，自投热备用回路，由此可在基本不增加费用(通常可通过开发现有系统的功能实现)的情况下，确保电缆系统的安全并防止火灾发生。对其它情况，应从供电可靠性、系统过电压与绝缘配合、断电保护要求、对通信信号系统的干扰及系统安全性等诸多方面综合分析选定。
3.4延时灭弧，防范火灾目前，国内推出一种“消弧及过电压保护装置(XHG)”，可在线路发生弧光接地时判断并将故障相通过开关直接接地，延时灭弧后断开开关，此时若电弧重燃，则系统闭锁该相接地开关，发出选线信号。该装置特别适合电缆与架空线混合的馈电线路。
4注意事项
4.1当系统故障电容电流小，实施准确选线有困难时，可考虑改用经消弧线圈或电阻的接地方式，增加选线灵敏度，直接实施接地保护，但应注意解决选线灵敏度与故障扩展速度的矛盾。
4.2 4当为了节约投资而利用原有老型号的选线装置时，应特别注意认真按照要求计算系统特征参数并进行正确调试，当系统发生变化时必须及时重新进行调试，以保证必须的选线准确度。
4.3“消弧防火法”使用时应当先在次要系统上取得经验后再在系统中推广，试验过程中应注意数据参数的收集整理一与存档，以便及时解决可能存在的问题。
5应用前景展望
目前，由于电力系统及计算机应用技术的快速发展，小电流接地系统微机选线保护技术已趋于成熟，配合微机保护的日益普及，为 “消弧防火法”的实施提供了可靠的技术支持，例如:我公司矿山35kV变电所6月份试装了LH-02小电流接地系统微机选线保护装置，7月份共发生接地鼓掌13起，正确选中12起，准确率为92%准确率达到100%的报道也不少见:
及时切除电缆接地故障的“消弧防火法”简单易行，可靠性较高，投资少，易推广，具有传统方法不可替代的优点，与传统防火措施配合使用将能够更可靠地防止电缆火灾发生，并由此取得可观的经济效益和社会效益。 |
