北极星智能电网在线讯:高压电缆线路是城市电能传输的“主动脉”。江苏省在运高压电缆长度约7200千米，位居全国省级电网首位。江苏电科院牵头开展科研攻关，从探索电缆电气火灾发展机理、预警、防控三方面，提升电缆防火能力。
6月12日，国网江苏省电力有限公司电力科学研究院技术人员依托全真型电缆通道防火实验平台开展便携式电弧引燃火源功能验证，为后续江苏电网电缆防火性能评估打下基础。
全真型电缆通道防火实验平台是江苏电科院牵头研究的“输电电缆电气火灾机理、在线预警及防控处置技术”项目的重要成果之一。该项目剖析了电弧引燃电缆致灾发生发展机理，研制了火情监测、电缆防火性能现场评估等装备，提升了电缆防火能力。年初，该项目获国家电网有限公司2023年度科学技术进步奖一等奖。
全真推演，探索电缆电气火灾机理
探究电缆电气火灾发展机理是实现电缆电气火灾预警和防控的基础，而推演火灾燃烧过程是剖析机理的重要手段。2020年9月，江苏电科院提出电弧引燃试验方法，并于2022年1月研发了全真型电缆通道防火实验平台。
该平台包含电缆隧道试验通道、电缆燃烧类性能实验室、理化检测实验室等7个功能区，配置了江苏电科院自主研发的电缆电弧引燃试验火源，可开展膨胀性能检测、水平垂直燃烧等10余项小尺寸阻燃试验以及火情模拟、防火产品阻燃性能分析等8项电缆通道全结构尺寸试验。
“以往，试验多采用化学燃料火源引燃电缆，会产生杂质，干扰对电缆燃烧产物的定量分析。该平台模拟电弧引燃电缆、诱发通道火灾的过程，有助于更准确地分析电缆电气火灾早期火情特征。”江苏电科院副主任陈杰介绍。
采用退役的实际电缆通道再现火灾过程易引发通道结构受损、坍塌等问题，难以重复开展试验分析工作。为保障试验的可重复性及一致性，江苏电科院提出“三明治”耐火隔热结构，采用耐火砖、耐火棉等多层阻燃耐火材料打造耐高温电缆通道壁。同时，通道内装有8类传感器，可获取燃烧全过程中气体、温度等信息。
“利用该平台，我们实现了电缆电气火灾全过程定量分析，发现了电缆被电弧引燃后表面温度及特征烟气变化规律，揭示了电缆电气火灾升温速率、物质转化、燃烧发展等方面的机理。”陈杰说。江苏电科院提出以电弧发生、间隙明火、自持燃烧现象为节点，将电缆电气火灾发展过程分为潜伏期、先兆期、早期、明火燃烧期四个发展阶段，并针对各阶段探索火灾防控技术。
防患未然，实现电缆隐患精准预警
电缆通道环境封闭，一旦发生火灾，很难控制火情。因此，在电缆电气火灾发生的潜伏期、先兆期就发出预警尤为关键。
长期以来，引发电缆电气火灾的主要原因是电缆接地系统电气连接不良，这类隐患在日常巡检中难以发现。为此，2021年3月，江苏电科院通过模拟电缆接地系统隐患发展过程摸索其规律，研发出拥有自主知识产权的电缆接地系统隐患在线监测装备，实现对此类隐患的快速排查。
“传统电缆带电检测技术的应用导向是解决绝缘缺陷问题，较难发现电气缺陷导致的火情隐患。”项目研究人员、江苏电科院高级工程师曹京荥介绍，“而我们研发的电缆接地系统隐患在线监测装备力求查找出电气缺陷点位。”近3年，江苏电科院已应用该技术完成国网江苏电力1.2万余组电缆附件及附属设施检测，检测范围覆盖全省51%的在运高压电缆线路。依托该装备，江苏电科院实现了电缆电气火灾潜伏期缺陷预警。
在电缆电气火灾先兆期，相关特征微弱，难以探查识别。江苏电科院结合电缆电弧引燃试验火源，获得电缆电气火灾出现明火前“热-气-烟”精准预警判据，进一步研发了先兆期电缆火情在线监测装备，实现了明火前预警。
现场评估，提升在运电缆防火能力
攻克了电缆明火前预警难题后，江苏电科院开展了提升在运电缆阻燃防火能力研究。
高压电缆普遍利用阻燃护套、防火涂料、阻燃包带等防火产品隔离外部火源，其阻燃性能关乎供用电安全。在电缆入网阶段，电网物资质量检测人员通常会检测电缆阻燃性能，相关检测在实验室内完成。但是，电缆投运后，随着运行时间的增加以及通道内复杂环境影响，相关防火产品可能失效。
2021年6月，江苏电科院自主研发了阻燃电缆及包覆类防火产品微取样阻燃性能现场评估装备，实现对运行中防火产品性能的有效评估。该装备由测试主机、高浓度氧气气源、电缆电弧引燃试验火源和系统软件组成，体积约为实验室内检测装备的四十分之一，操作简单、携带方便。针对阻燃包带的单次检测只需1米样品，检测取样量是传统实验室检测方式的0.4%。现场检测时，专业人员只需在测试主机中选择检测项目，系统软件便会提示对应的操作步骤，并记录试验关键参数，自动生成检测结果。
“该装备填补了现场检测运行中电缆防火产品性能的技术空白，便于运维人员科学判断阻燃包带是否需要更换、防火涂料是否需要重新涂刷等，结合防火运维补足措施，有效提升了在运电缆防火能力。”项目研究人员、江苏电科院张伟博士介绍。目前，该装备已完成三代样机迭代，总重量14千克，仅为实验室检测装备重量的10%，在试点应用中效果良好。
2023年3月，“输电电缆电气火灾机理、在线预警及防控处置技术”项目成果通过了中国电机工程学会组织的鉴定。
目前，江苏电科院正持续积累现场测试数据，优化火灾预警、防火评估判据，扩展电缆沟等通道应用场景，打造标准化产品，健全电缆防火管控体系。
