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(yàn)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(jià)試驗(yàn)。在試驗(yàn)中，張偉采用電弧引燃技術(shù)試驗(yàn)分析防火組合措施應(yīng)用成效，評估電纜通道防火設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。

　　電氣火災(zāi)是威脅電網(wǎng)安全運(yùn)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(yàn)平臺

　　評估電纜整體防范能力

　　電力電纜防火綜合試驗(yàn)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(jià)的科研建設(shè)項(xiàng)目。針對電力電纜應(yīng)用場景、電氣火災(zāi)特點(diǎn)，技術(shù)團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)了全尺寸電纜通道耐火試驗(yàn)艙，研發(fā)電氣缺陷特征近似的電弧引燃火源，實(shí)現(xiàn)線纜類設(shè)備真型電氣火情全過程試驗(yàn)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(jià)方法，彌補(bǔ)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(xiàng)性能予以評價(jià)，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(yàn)平臺開展的全類別電纜及防火產(chǎn)品電氣火災(zāi)試驗(yàn)，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(yàn)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(yàn)結(jié)果可用于指導(dǎo)高壓電纜通道防火設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)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(yàn)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(shí)現(xiàn)了對已敷設(shè)電纜阻燃性的現(xiàn)場檢測。技術(shù)團(tuán)隊(duì)基于電纜線路電氣火災(zāi)試驗(yàn)結(jié)論，提出長期運(yùn)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(tuán)隊(duì)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(yùn)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(diǎn)是夏季梅雨，冬季干旱。江蘇電科院潛心研究長期運(yùn)行防火產(chǎn)品的特性，形成防火產(chǎn)品運(yùn)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(yùn)維決策。評估結(jié)果用以科學(xué)指導(dǎo)一線運(yùn)維人員開展防火治理工作，進(jìn)一步保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)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(hù)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(shí)，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(diǎn)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(xiàng)，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(tuán)隊(duì)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(diǎn)，針對全類別電纜接地方式發(fā)明激勵(lì)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(tuán)隊(duì)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(jìn)一步降低線路運(yùn)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(tuán)隊(duì)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(yùn)維人員及時(shí)消缺，降低了電纜線路帶缺陷運(yùn)行的電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。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(yàn)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(shí)現(xiàn)電纜線路自持火焰前快速預(yù)警。技術(shù)團(tuán)隊(duì)建立了計(jì)及通道流速、結(jié)構(gòu)尺寸、經(jīng)濟(jì)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(shí)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(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)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(diǎn)、死角點(diǎn)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(xiǎn)。裝置監(jiān)測端具有無線組網(wǎng)、低功耗的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)電纜通道內(nèi)靈活布點(diǎn);巡檢端采用球形機(jī)器人群組自組網(wǎng)，可彌補(bǔ)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(yàn)平臺內(nèi)電纜電弧引燃試驗(yàn)，技術(shù)團(tuán)隊(duì)建立了計(jì)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(shí)空融合模型，獲得典型通道尺寸下的監(jiān)測布點(diǎn)策略。

　　2020年以來，江蘇電網(wǎng)220千伏電纜隧道已逐步試點(diǎn)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(jī)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(jìn)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(dá)到國際領(lǐng)先水平。

　　目前，技術(shù)團(tuán)隊(duì)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(kuò)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(yùn)檢技術(shù)方法，健全電纜防火管控體系。