電纜及電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

電纜及電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

中日合作開(kāi)征北京新疆海麗高新技術(shù)有限公司和北京新疆海麗經(jīng)濟(jì)有限公司是北京中關(guān)村科技開(kāi)發(fā)區(qū)注冊(cè)的創(chuàng)新型高科技人才。主要生產(chǎn)阻火包、防火堵料、防火涂料等及電子監(jiān)測(cè)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程、智能數(shù)字監(jiān)控等多個(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)品。公司自1994年成立以來(lái),在國(guó)內(nèi)電信、電力、石化、鐵路、民建等眾多行業(yè)實(shí)施了數(shù)千項(xiàng)電纜防火工程,覆蓋國(guó)內(nèi)近29個(gè)省、市、自始區(qū)。近來(lái),我公司與清華大學(xué)、裝甲兵工程學(xué)院等院校專家、教授、博士等及北京安雄科技有限公司合作又研制、生產(chǎn)了電纜防火的新產(chǎn)品系列,形成了從早期監(jiān)測(cè)到中、后期防范的方案,特別是機(jī)房、變電站、電纜隧道實(shí)施電纜溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方案,受到各界用戶的重視和好評(píng)。1電纜火災(zāi)原因分析實(shí)踐證明,在大負(fù)荷電器用戶單位,電纜事故、電氣失火是最易引發(fā)火災(zāi)的原因,據(jù)資料統(tǒng)計(jì):近20年來(lái)我國(guó)電力、石化、通信等行業(yè)發(fā)生電纜火災(zāi)數(shù)百起。分析眾多的電纜火災(zāi)事故可知,任何電纜火災(zāi)從潛伏到發(fā)生都必然會(huì)經(jīng)過(guò)如下過(guò)程:隱患劣變→溫度緩慢上升→溫度加劇上升→產(chǎn)生輕微煙霧→產(chǎn)生明煙→高溫烈火→引起火勢(shì)蔓延?？梢?jiàn)如能在火災(zāi)潛伏期溫度緩慢上升過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情,并采取措施,無(wú)疑是最佳的防范策略。2電纜火災(zāi)的防治措施目前,公安消防主管部門(mén)及各行業(yè)安全主管部門(mén)對(duì)電纜防火高度重視,實(shí)施了一系列的電纜防范措施,如:電纜孔洞防火封堵、電纜阻燃涂料涂復(fù)、安裝纜式溫度報(bào)警設(shè)備、電纜接頭處加裝防火防爆盒等,這些措施在一旦發(fā)生電纜火災(zāi)時(shí),能有效減少火災(zāi)的危害。但這些措施多在火情初期或后期時(shí)才查知和發(fā)揮作用。有些防范措施如煙感探測(cè)器、光感探測(cè)器等,當(dāng)這些探測(cè)器報(bào)警時(shí),火災(zāi)已是初期階段,損失和危害已發(fā)生和形成。至于水噴淋、滅火彈、滅火器等能起的作用只是減少危害和損失。即使是氣體探測(cè)這種早期報(bào)警設(shè)備也是在溫度上升到150℃以后才能通過(guò)空氣抽樣判斷險(xiǎn)情,錯(cuò)過(guò)采取補(bǔ)救措施的時(shí)間。由于電纜火災(zāi)的特殊性,有些措施在某些特殊場(chǎng)合下不能應(yīng)用,一旦火災(zāi)發(fā)生,危害和損失是慘重的。因此,如何在火災(zāi)隱患的潛伏期將其早期發(fā)現(xiàn)從而采取積極有效的補(bǔ)救措施,從根本上滅絕火災(zāi)的發(fā)生,這無(wú)疑是一項(xiàng)非常有意義的工作。3電纜溫度隨電纜環(huán)境及負(fù)荷的變化情況會(huì)發(fā)生我公司從多年防火工程實(shí)踐出發(fā),在眾多專家的指導(dǎo)下,總結(jié)出電纜溫度與電纜安全的關(guān)系如下:(1)大功率供電電纜及延伸供電線路若出現(xiàn)短路、局部短路、嚴(yán)重過(guò)負(fù)荷、接頭老化引起局部過(guò)熱及終端設(shè)備火患等都可能引發(fā)電纜(不排除個(gè)別外部火源引發(fā))出現(xiàn)絕緣層燃燒、用電設(shè)備燃燒或引燃電纜鄰近易燃物質(zhì),并通過(guò)電纜的走向(豎井或穿墻洞,電纜溝等),擴(kuò)大蔓延,特別是毒煙、毒氣的蔓延。(2)供電電纜在通電工作時(shí),由于電流熱效應(yīng),電纜的工作溫度會(huì)上升;且隨電纜環(huán)境及負(fù)荷的變化而變化。正常情況下,該變化值在恒定的范圍內(nèi)。(3)設(shè)備局部短路、不合理用電造成的過(guò)負(fù)荷運(yùn)行、電纜老化引起的絕緣降低及局部擊穿短路、操作短路、電纜中間接頭或終端接頭接觸不良、接觸層氧化等原因造成電纜溫度異常升高,一些正常用電設(shè)備的非正常終止,亦會(huì)造成電纜溫度的異常上升。(4)電纜外部火源侵入更會(huì)造成該部位(區(qū)域)的溫度上升。(5)同一條電纜在沒(méi)有分支、沒(méi)有不良接頭的情況下,各點(diǎn)工作電流和工作溫度基本一致(不同運(yùn)行環(huán)境,會(huì)隨環(huán)境溫度的不同而同步上升或下降)。(6)電纜運(yùn)行溫度多在50℃以下,而電纜護(hù)套材料在溫度150℃以上時(shí)開(kāi)始釋放一定量的可燃?xì)怏w,此時(shí)不產(chǎn)生煙霧。當(dāng)溫度從150℃升至270℃時(shí),會(huì)大量釋放可燃?xì)怏w和煙霧,隨時(shí)可能引起燃燒。可見(jiàn)引發(fā)電纜火情的溫度最低在150℃以上(即使阻燃和難燃電纜仍會(huì)發(fā)生電纜延燃火災(zāi),與普通電纜不同的是開(kāi)始產(chǎn)生一定量可燃?xì)怏w的溫度提高到190℃以上)。若能及時(shí)探測(cè)出電纜即將超過(guò)正常運(yùn)行溫度的值(如51~80℃)并發(fā)出警示信號(hào),將給我們提供充裕的分析、判斷及排除隱患的時(shí)間,從而杜絕事故。4色度線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)若對(duì)電纜某處進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè),可及時(shí)探知某段電纜負(fù)荷正常與否及是否有潛伏火患帶來(lái)的某段電纜溫度異常,從而有效地達(dá)到早期預(yù)測(cè)防范之目的。為此,我們研制、生產(chǎn)了二線制式溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng),可方便地對(duì)電纜溫度,特別是對(duì)電纜中接頭部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并儲(chǔ)存監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)溫度變化的趨勢(shì)做出分析。一旦出現(xiàn)溫度異常,將及時(shí)警示用戶應(yīng)排除故障。該系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)查詢,為用戶的自動(dòng)化管理提供了有效手段。該系統(tǒng)的核心技術(shù)是在低成本下,只需1對(duì)傳輸線進(jìn)行多點(diǎn)位、長(zhǎng)距離傳輸,無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)供電,并具有良好的本安特性及較強(qiáng)的抗干擾能力。4.1電纜接頭溫度檢測(cè)和預(yù)報(bào)該系統(tǒng)的工作原理如下:在電纜溫升的敏感部位安裝測(cè)溫元件進(jìn)行全天24h連續(xù)地測(cè)量溫度,測(cè)得的數(shù)據(jù)通過(guò)采集模塊和數(shù)據(jù)傳輸線輸入到采集器主機(jī)和計(jì)算機(jī),由專用的計(jì)算機(jī)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理、比較分析,發(fā)出預(yù)警信號(hào),提前預(yù)報(bào)電纜接頭溫度的異?；蚱渌l(fā)生的劣變。4.2b專用測(cè)溫監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)采集該系統(tǒng)由硬件和軟件2部分組成。系統(tǒng)的硬件有:專用測(cè)溫傳感器、探測(cè)模塊、數(shù)據(jù)傳輸線、采集器主機(jī)、局部總線、計(jì)算機(jī)等。電纜及電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)(報(bào)警)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。4.3軟件功能該系統(tǒng)軟件功能包含數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)分析、列表顯示、圖形顯示、趨勢(shì)分析、閾值設(shè)定、異常報(bào)警、危險(xiǎn)報(bào)警、圖表打印等。4.4自動(dòng)顯示和預(yù)報(bào)警系統(tǒng)對(duì)電纜中間接頭、電纜溫度敏感處進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè),采集器主機(jī)可連續(xù)顯示被測(cè)部位的實(shí)時(shí)溫度。當(dāng)溫度超過(guò)預(yù)先設(shè)定的溫度報(bào)警值時(shí),將鎖定、顯示溫度異常部位地址及溫度值并發(fā)出聲光報(bào)警,提醒值班人員。所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均可通過(guò)計(jì)算機(jī)以柱狀或曲線形式顯示屏幕上,亦存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中。用戶可以隨時(shí)在計(jì)算機(jī)屏幕上查看任意1~4個(gè)被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度歷史數(shù)據(jù)及趨勢(shì)圖。系統(tǒng)還可以通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)置預(yù)報(bào)警提示,依被監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置情況繪制點(diǎn)位布置圖,當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖中某被監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí),可顯示該點(diǎn)的編號(hào)意義和即時(shí)溫度。本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)電纜溫度變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),積累原始數(shù)據(jù),分析、判斷、查出可能潛伏的線路過(guò)負(fù)荷、接觸不良、異常放電、線路交叉、互連系統(tǒng)隱患、電纜外護(hù)套絕緣損傷及其他造成溫度上升的各種隱患;以便及時(shí)采取防范措施,防止接頭爆炸及其他安全事故的發(fā)生,真正達(dá)到防范于未然的目的。利用本系統(tǒng)測(cè)出的數(shù)據(jù)對(duì)照電纜的電流參數(shù),還可以對(duì)重要電纜的負(fù)荷進(jìn)行核算,對(duì)電纜的載流量進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)控,提高系統(tǒng)的利用率。4.5電纜電纜模塊該系統(tǒng)是一種全新理念的電纜安全監(jiān)測(cè)新產(chǎn)品。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,采集器主機(jī)和計(jì)算機(jī)置放于主控室內(nèi),無(wú)源元件專用測(cè)溫傳感器和采集模塊可以固定在電纜夾層或電纜溝道內(nèi),安裝方便。傳輸信號(hào)所需電壓僅為15~24V,恒流電流僅為數(shù)毫安級(jí)。該系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性、安全性和干擾抑制能力,其信號(hào)傳輸能力可達(dá)3km以上。專用測(cè)溫電纜(線狀測(cè)溫探頭)可以方便地纏繞和固定在電纜始終端頭、中間接頭或電纜的任何位置,使用靈活。并且不用改變電纜接頭原有的結(jié)構(gòu),對(duì)被監(jiān)測(cè)對(duì)象的電力性能沒(méi)有任何負(fù)面影向。5電纜和連接溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用5.1電纜接頭溫度在線監(jiān)測(cè)不僅火災(zāi)隱患會(huì)引起電纜的溫度升高,而且不正常的電流過(guò)負(fù)荷也會(huì)引起電纜溫度升高,因此,對(duì)電纜溫度的監(jiān)測(cè)同樣也是一種保障正常運(yùn)行的安全監(jiān)測(cè)手段之一。在國(guó)家電力公司發(fā)輸電運(yùn)營(yíng)部編寫(xiě)的關(guān)于落實(shí)國(guó)家電力公司頒發(fā)的《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》輔導(dǎo)材料中特別提出:“對(duì)電纜中間接頭溫度實(shí)施在線監(jiān)測(cè),使人們可根據(jù)電纜中間接頭溫度變化是否存在爆破的可能性,起到對(duì)電纜接頭爆破早期預(yù)警的作用”。北京供電局在電纜及電纜接頭溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)(報(bào)警)系統(tǒng)研究的可行性報(bào)告中指出:“北京電力主系統(tǒng)在最近3年內(nèi),超高壓電纜故障時(shí)有發(fā)生,特別是發(fā)生在電纜接頭中的絕緣擊穿事故呈上升趨勢(shì),由于運(yùn)行中沒(méi)有監(jiān)測(cè)手段,這些故障在事前都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)前兆,造成了工作的被動(dòng)”。并指出:“研究證明,當(dāng)運(yùn)行電纜及其附件中發(fā)生異常時(shí),總會(huì)伴隨著一定程度的溫度升高。從眾多電纜的事故分析中得知:電纜中間接頭、終端頭制造不良、絕緣材質(zhì)老化是造成電纜接頭擊穿事故的主要原因?！薄傲硗?供電運(yùn)行人員也有這方面經(jīng)驗(yàn)。例如,某運(yùn)行人員曾在電纜隧道內(nèi)發(fā)現(xiàn)過(guò)1組接頭過(guò)熱,測(cè)其溫度達(dá)90℃,還沒(méi)有來(lái)得及處理就發(fā)生了擊穿。經(jīng)核實(shí),該處故障是絕緣劣化的結(jié)果。正常接頭外部溫度應(yīng)不超過(guò)50℃,如果在超過(guò)50℃時(shí)就監(jiān)測(cè)到,就可以提前采取措施”?！敖徊婊ミB系統(tǒng)的故障在終端接頭、接地處也表現(xiàn)為發(fā)熱”。5.2采用時(shí)間、位置測(cè)量電纜溫度電纜溫度監(jiān)測(cè)(報(bào)警)系統(tǒng)已應(yīng)用于多個(gè)部隊(duì)倉(cāng)庫(kù)、錦州電廠、北票電廠、包頭一電廠、北京市供電局、大慶石油煉化公司、天津移動(dòng)通信公司等。我公司為大慶石油煉化公司安裝的電纜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)列為中國(guó)石油天然氣股份有限公司2001年科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目實(shí)施;為北京供電局安裝的電纜溫度監(jiān)測(cè)項(xiàng)目也列為該局2002年技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目實(shí)施。電纜溫度變化與電纜火災(zāi)預(yù)測(cè)、預(yù)防的關(guān)系已被越來(lái)越多的有識(shí)之士重視,不少單位采用手持紅外測(cè)溫儀、紅外測(cè)溫?cái)z像儀,對(duì)電纜進(jìn)行定時(shí)、定期或不定時(shí)監(jiān)測(cè)。在供電線路較多、較長(zhǎng)、電纜環(huán)境惡劣的情況下,該項(xiàng)監(jiān)測(cè)非常繁重、辛苦并占用大量勞動(dòng)力。這種方法有針對(duì)性對(duì)電纜溫度進(jìn)行短時(shí)間測(cè)量,以每月測(cè)量1次、每次測(cè)時(shí)間5min計(jì),測(cè)量時(shí)間占總運(yùn)行時(shí)間的5/302400,近似十萬(wàn)分之一的時(shí)間很難提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的問(wèn)題,這種方法無(wú)法測(cè)量電纜溫度的緩慢變化。以北京供電局北極寺部110kV終端故障為例,由于施工錯(cuò)誤,造成終端內(nèi)部半導(dǎo)電屏蔽斷開(kāi),在近1年的運(yùn)行中逐步發(fā)展成擊穿短路。北京供電局分析、統(tǒng)計(jì)得出如下結(jié)論:“統(tǒng)計(jì)表明,在各種擊穿中,28%的擊穿發(fā)生在電纜本體中,72%的擊穿發(fā)生在電纜接頭中”。因此,應(yīng)用電纜及電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)(報(bào)警)系統(tǒng)對(duì)電纜線路及其附件的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)是了解電纜運(yùn)行狀況的有效手段。6電纜和連接電纜、防火、確保安全的新措施6.1采用電纜連接電纜的中間隔墻，進(jìn)行密封，并采用電纜的安全措施在對(duì)中間接頭實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)的同時(shí),同步對(duì)中間接頭加裝防火、防爆裝置,以防止電纜發(fā)生爆裂后引起火勢(shì)蔓延,產(chǎn)生危害。6.2電纜溫度上升的情況對(duì)電纜溝內(nèi)電纜,分區(qū)域通過(guò)纜式溫度線進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè),一旦出現(xiàn)電纜溫度升高,通過(guò)主機(jī)發(fā)出警報(bào),警示用戶分析、排除故障。該產(chǎn)品也是基于我公司電纜溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)而開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的。6.3閉門(mén)器張力關(guān)閉依電纜溝防火分區(qū)的要求,按發(fā)電機(jī)組劃區(qū)或依具體要求分區(qū)設(shè)置防火隔墻和防火門(mén),一旦失火后防火門(mén)應(yīng)能可靠關(guān)閉,把火情封閉在一個(gè)相對(duì)區(qū)域內(nèi),以防止火災(zāi)及有毒煙氣及火勢(shì)蔓延至該區(qū)域。傳統(tǒng)電纜溝的防火分區(qū)設(shè)置,往往是設(shè)置部分防火隔斷墻,這僅僅分隔了橋架電纜,但不能分隔電纜溝通道。有些單位加裝了防火門(mén),但往往加工粗糙,不能滿足密閉隔離及耐火級(jí)別。特別是由于隧道散熱的要求,防火門(mén)又多處于常開(kāi)啟狀態(tài)。為了達(dá)到一旦失火后防火門(mén)能關(guān)閉,多采用了安裝普通閉門(mén)器使門(mén)常處于閉門(mén)器張力狀態(tài),并用尼龍繩將門(mén)拉住,當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后,燃斷尼龍繩,通過(guò)閉門(mén)器的張力把門(mén)關(guān)閉。但是,經(jīng)眾多采用過(guò)該方法的用戶證實(shí),該方案有重大弊端。一是由于電纜隧道的復(fù)雜性,特別是大型發(fā)電機(jī)組隧道電纜排架近10層,很難做到多層拉設(shè)尼龍繩;即使拉設(shè)后,由于阻尼作用亦很難做到燃斷繩索后順利釋放防火門(mén)。由于該原因,為保證防火門(mén)釋放關(guān)閉,只在上層排架架設(shè)少量尼龍繩。一旦遠(yuǎn)離尼龍繩的電纜失火,在短時(shí)間內(nèi)不可能燒斷尼龍繩,當(dāng)火勢(shì)大到燒斷隧道頂層排架上方的尼龍繩時(shí),有可能毒煙、火勢(shì)在防火門(mén)還未關(guān)閉前就已蔓延到其他區(qū)域。二是普通閉門(mén)器工作在靜止?fàn)顟B(tài)及干燥環(huán)境可保證一定的使用期,而電纜溝多為潮濕,閉門(mén)器又長(zhǎng)年處在強(qiáng)制張力下,在安裝一段時(shí)間后,由于受潮生銹或張力疲勞原因而失去應(yīng)有的閉門(mén)作用。針對(duì)第1個(gè)問(wèn)題,我公司生產(chǎn)了電動(dòng)防火門(mén)閉門(mén)系統(tǒng),通過(guò)控制裝置可在控制室或值班室實(shí)現(xiàn)防火門(mén)的遙控關(guān)閉,并可與我公司研制的溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng),一旦出現(xiàn)溫度異常或超溫報(bào)警情況