江蘇電科院自主研發(fā)電力電纜防火技術(shù)及系列裝備

　　3月4日，江蘇電力科學(xué)研究院有限公司技術(shù)人員張偉使用電力電纜防火綜合試驗平臺完成了高壓電纜包覆類防火產(chǎn)品電氣火災(zāi)防范功能評價試驗。在試驗中，張偉采用電弧引燃技術(shù)試驗分析防火組合措施應(yīng)用成效，評估電纜通道防火設(shè)計的預(yù)期效果。

　　電氣火災(zāi)是威脅電網(wǎng)安全運行的因素之一。2021年1月份以來，江蘇電科院在國網(wǎng)江蘇省電力有限公司指導(dǎo)下集中組織開展220千伏及以下電力電纜防火系列裝備研發(fā)，多措并舉提升電纜網(wǎng)絡(luò)電氣火災(zāi)防范水平。

　　電力電纜防火綜合試驗平臺

　　評估電纜整體防范能力

　　電力電纜防火綜合試驗平臺是國網(wǎng)江蘇電力部署開展的覆蓋多電壓等級電纜電氣火災(zāi)防范能力評價的科研建設(shè)項目。針對電力電纜應(yīng)用場景、電氣火災(zāi)特點，技術(shù)團隊自主設(shè)計了全尺寸電纜通道耐火試驗艙，研發(fā)電氣缺陷特征近似的電弧引燃火源，實現(xiàn)線纜類設(shè)備真型電氣火情全過程試驗反演;利用多維參量監(jiān)控、數(shù)據(jù)融合診斷等技術(shù)，提出電纜及防火組合措施電氣火災(zāi)防范能力評價方法，彌補傳統(tǒng)單一產(chǎn)品檢測造成的整體防火功能評估缺失的不足。

　　“傳統(tǒng)防火檢測僅針對產(chǎn)品自身阻燃、耐火單項性能予以評價，難以評估產(chǎn)品應(yīng)用后的整體防火效果。我們依托電力電纜防火綜合試驗平臺開展的全類別電纜及防火產(chǎn)品電氣火災(zāi)試驗，可以全過程記錄氣體、溫度、視頻圖像等數(shù)據(jù)。我們通過分析數(shù)據(jù)研究電氣火源影響下纜線類設(shè)備的防火行為，再結(jié)合試驗中電纜及防火產(chǎn)品的炭化形態(tài)、溫度變化等參量，評估防火組合策略的整體效果。”江蘇電科院專家陳杰介紹，試驗結(jié)果可用于指導(dǎo)高壓電纜通道防火設(shè)計，在設(shè)計階段提高工程整體的防火能力。

　　江蘇電科院已常態(tài)化開展國網(wǎng)江蘇電力電纜防火產(chǎn)品檢測工作，2021年依托該試驗平臺完成300余次電力電纜防火產(chǎn)品入網(wǎng)檢測，使國網(wǎng)江蘇電力電纜防火產(chǎn)品入網(wǎng)不合格率明顯下降。相關(guān)檢測結(jié)果為國家電網(wǎng)有限公司電纜防火圖冊、技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等文件編制提供數(shù)據(jù)支撐，輔助電纜防火標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)。

　　2021年6月21日，江蘇電科院技術(shù)人員在南京完成了自主研發(fā)的小尺寸樣本阻燃性現(xiàn)場檢測裝置現(xiàn)場的應(yīng)用技術(shù)調(diào)試，實現(xiàn)了對已敷設(shè)電纜阻燃性的現(xiàn)場檢測。技術(shù)團隊基于電纜線路電氣火災(zāi)試驗結(jié)論，提出長期運行電纜系統(tǒng)防火性能現(xiàn)場評估技術(shù)，并研發(fā)小尺寸樣本阻燃性現(xiàn)場檢測裝置。團隊已在江蘇電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)開展阻燃電纜、阻燃包帶、防火涂料等多類型在運產(chǎn)品的阻燃性現(xiàn)場評估工作。

　　江蘇省地下水位高，天氣特點是夏季梅雨，冬季干旱。江蘇電科院潛心研究長期運行防火產(chǎn)品的特性，形成防火產(chǎn)品運行后阻燃性評估新技術(shù)及判斷依據(jù)，開展應(yīng)季評估檢測，輔助防火運維決策。評估結(jié)果用以科學(xué)指導(dǎo)一線運維人員開展防火治理工作，進一步保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

　　缺陷帶電識別裝置

　　找出“潛伏”中的電纜火情隱患

　　“電纜外護層出現(xiàn)疑似放電火情隱患，請協(xié)助排查電纜缺陷原因。”1月7日20時，江蘇電科院高級工程師曹京滎接到位于南通的一座海上風(fēng)電場工作人員的求助電話。他隨即帶上江蘇電科院自主研發(fā)的電纜火情潛伏期缺陷帶電識別裝置趕赴現(xiàn)場，協(xié)助該風(fēng)電場在并網(wǎng)大功率送電前成功排查出了電纜接地系統(tǒng)隱患缺陷。

　　電纜接地系統(tǒng)隱患是造成電纜線路電氣火情的主要原因，隱患點特征微弱，日常巡檢難以發(fā)現(xiàn)。對此，江蘇電科院模擬線路缺陷發(fā)展過程，摸索電氣火情缺陷隱患發(fā)展規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了隱患電氣參量敏感特征項，提出高壓電纜線路的接地系統(tǒng)隱患電氣識別技術(shù)路線。

　　技術(shù)團隊從2020年起開始攻關(guān)信號耦合、干擾抑制等帶電測試技術(shù)難點，針對全類別電纜接地方式發(fā)明激勵信號帶電安全接入、輸出信號高精測量方法，突破安全帶電測試技術(shù)瓶頸。在集中攻關(guān)1年后，技術(shù)團隊研發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的高壓電纜火情潛伏期缺陷帶電識別裝置。該裝置能在30安培感應(yīng)電流、200伏特感應(yīng)電壓條件下完成毫歐姆級缺陷電阻帶電測試，在電纜系統(tǒng)火情潛伏期排查出缺陷，進一步降低線路運維成本、提高檢測效率。

　　“傳統(tǒng)高壓電纜帶電檢測技術(shù)的應(yīng)用導(dǎo)向是解決絕緣缺陷問題，較難挖掘電氣火情隱患。而我們的技術(shù)力求查找電氣火情發(fā)生源頭，清除接地失效拉弧造成的火情隱患。”曹京滎介紹，2021年，團隊采用該技術(shù)在江蘇省內(nèi)全面排查了2547組110千伏及220千伏高壓電纜接頭，發(fā)現(xiàn)百余起缺陷。電網(wǎng)運維人員及時消缺，降低了電纜線路帶缺陷運行的電氣火災(zāi)風(fēng)險。目前，江蘇電科院已將缺陷帶電檢測技術(shù)作為典型經(jīng)驗推廣應(yīng)用于上海、西安、廈門等地區(qū)電網(wǎng)，取得了良好的應(yīng)用成效。

　　電氣火情監(jiān)測預(yù)警裝備

　　在電纜火災(zāi)早期精準(zhǔn)預(yù)警

　　長期以來，高壓電力電纜火情監(jiān)測只能在火災(zāi)成型后告警，難以在火情早期探查識別。只有及早精準(zhǔn)預(yù)警并杜絕電氣火災(zāi)事故發(fā)生，才能充分保障電力線路供電安全。

　　江蘇電科院在研究電纜電氣火災(zāi)早期發(fā)展過程的基礎(chǔ)上，首次應(yīng)用電弧引燃技術(shù)模擬電纜電氣火災(zāi)發(fā)生發(fā)展過程，采用電阻、溫度、煙氣作為發(fā)展階段劃分指標(biāo)，提出融合“電-溫-氣-煙”特征辨識的電氣火情三級精準(zhǔn)預(yù)警技術(shù)，實現(xiàn)電纜線路自持火焰前快速預(yù)警。技術(shù)團隊建立了計及通道流速、結(jié)構(gòu)尺寸、經(jīng)濟約束的火情預(yù)警響應(yīng)模型，自主研發(fā)了火情特征參量分布式自感知、自組網(wǎng)應(yīng)急勘查技術(shù)，實現(xiàn)了在電纜火災(zāi)早期10分鐘內(nèi)快速預(yù)警。

　　3月9日，江蘇電科院技術(shù)團隊完成了電氣火情監(jiān)測預(yù)警裝備組網(wǎng)及傳感性能調(diào)試。調(diào)試合格產(chǎn)品將應(yīng)用于江蘇電網(wǎng)的重要電纜通道。

　　電纜通道一般比較狹長，監(jiān)測死角多、告警響應(yīng)遲。技術(shù)團隊針對這些問題，結(jié)合典型電纜通道應(yīng)用場景提出了“響應(yīng)率優(yōu)化布點、死角點移動巡檢”技術(shù)路線，研發(fā)了電氣火情監(jiān)測預(yù)警裝備。

　　電氣火情監(jiān)測預(yù)警裝備由固定監(jiān)測端、移動巡檢端組成，具備單一防火間隔內(nèi)邊緣診斷分析功能，可融合電纜通道“煙氣光溫”信息，判別通道火情風(fēng)險。裝置監(jiān)測端具有無線組網(wǎng)、低功耗的特點，可實現(xiàn)電纜通道內(nèi)靈活布點;巡檢端采用球形機器人群組自組網(wǎng)，可彌補傳統(tǒng)固定監(jiān)測裝備存在監(jiān)控死角的缺陷。

　　結(jié)合電力電纜防火綜合試驗平臺內(nèi)電纜電弧引燃試驗，技術(shù)團隊建立了計及電纜隧道斷面尺寸、通風(fēng)速率、煙氣蔓延特性的早期火情預(yù)警響應(yīng)時空融合模型，獲得典型通道尺寸下的監(jiān)測布點策略。

　　2020年以來，江蘇電網(wǎng)220千伏電纜隧道已逐步試點應(yīng)用該類預(yù)警裝備，江蘇電網(wǎng)未發(fā)生高壓電纜電氣火災(zāi)事故。

　　1月份，由中國電機工程學(xué)會組織、中國工程院院士邱愛慈領(lǐng)銜的鑒定委員會對江蘇電科院的電纜防火技術(shù)及系列裝備進行了鑒定審查。委員會成員一致認(rèn)為，相關(guān)技術(shù)成果整體達到國際領(lǐng)先水平。

　　目前，技術(shù)團隊正通過現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)積累優(yōu)化應(yīng)用判斷依據(jù)，擴展電纜溝等通道應(yīng)用場景，打造標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，力爭豐富電纜運檢技術(shù)方法，健全電纜防火管控體系。