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電力電纜火災監測及防火預警系統的研制

摘自《華北電力技術》,2000年第12期

 摘要 火力發電廠一旦發生電纜火災,將會造成重大損失。本文分析了電纜發生故障的原因,介紹了一種通過監測溫度來檢測電纜故障的方法,闡述了電纜故障在線監測系統的功能和應用。該系統的溫度在線監測和火災預警功能,對保證電廠的安全生產,減少經濟損失起到重要作用。

 關鍵詞  電纜故障  溫度在線監測  火災預警

Abstract  Enormous losses are incurred if cables start fires in power plants. This paper analyzes the reason for cable fault and introduces a method to detect cable fault by monitoring of temperature and illustrates the function and application of the cable fault on-line monitoring system. It has two functions: the on-line monitoring of temperature and the early warning of potential fire. This has a critical effect on safety production and decreasing economic loss in power plants.

Key words   cable fault  on-line monitoring of temperature  early warning of fire

隨著機組容量的增大,自動化水平相應提高,電纜用量越來越多。一臺200MW發電機組,各類電纜長達200~300km。某電廠一期工程2臺500MW超臨界參數發電機組,電纜用量達3000km。由于電纜長度增加,其火災事故的發生幾率也相應增加;鹆Πl電廠一旦發生電纜火災,將造成嚴重損失。目前在建和運行中的火力發電廠,大多仍采用易燃電纜,電纜防火問題尤為突出。

   據有關資料統計,近20年來,我國火電廠發生電纜火災140多次,其中1986~1992年7年間竟達75次。有24個電廠發生過2次及以上電纜火災事故,個別電廠達4~6次。70%以上的電纜火災所造成的損失非常嚴重,其中40% 的火災事故造成特大損失。1975~1985年間,因電纜著火延燃造成的重大事故發生60起,造成直接和間接損失達50多億元。

1.     電纜故障原因分析

由電纜故障引起的火災導致大面積的電纜燒損而被迫停機,短時間內無法恢復生產,從而造成重大經濟損失。通過事故的分析,引起電纜溝內火災發生的直接原因是電纜中間接頭制作質量不良、壓接頭不緊、接觸電阻過大,長期運行造成的電纜頭過熱燒穿絕緣等。

例一:東北某發電廠#2循環水電纜中間接頭過熱,燒損該溝內所有電纜,造成被迫停機事故,據了解,上午有人在距故障電纜中間接頭80多米遠的豎井上已嗅到了絕緣燒焦的味,下午7時引發了火災。

例二:某發電廠兩臺200MW發電機組,因一臺機組的循環水電纜中間接頭過熱引燃并燒穿了本機的另一條循環水電纜,同時燒損了另一臺機組的循環水電纜,造成兩臺200MW發電機組被迫停機事故。

通過多次事故分析發現,電纜溝內火災的發生主要原因是由于動力電纜中間接頭制作質量不良所造成的,而從電纜頭過熱到事故的發生,其發展速度比較緩慢、時間較長,通過電纜在線監測系統完全可以防止、杜絕此類事故的發生。

電纜中間接頭的壓接質量好壞,只能在運行中發現,運行時間越長越容易發生過熱燒穿事故,統計表明建廠10年后的發電廠,基建時制作的電纜頭90%以上均因質量不良引發故障而更換。 

2.     目前常用的電纜溫度監測方法

感溫電纜式測溫系統:將感溫電纜與電纜平行安放,當電纜溫度超過固定溫度值時,感測電纜被短路。系統僅能一次性使用,不能測出電纜的實際溫度值;由于電纜數量多,系統安裝及維護工作不夠方便,設備易損壞;不能進行早期故障預測,不能實時顯示測量值,無溫度趨勢分析。

熱敏電阻式測溫系統:可以顯示溫度值,但由于每個熱敏電阻都需要獨立的接線、布線復雜且熱敏電阻易損壞、維護量大;傳感器不具備自檢功能,需要經常校驗,因此也不常采用。

針對上述情況研制的分布式網絡化測溫系統,可對電纜溫度進行在線檢測,隨時了解電纜的溫度變化,及時發現電纜故障并進行報警。 

3.     防火預警系統的組成

電纜溫度在線監測系統,采用了當今先進的通信技術、微處理器技術、數字化溫度傳感技術及離子感煙技術以及獨創設計的低溫、強電場、潮濕環境運行技術,避免了電纜溝內強大電場的干擾,完整安全地把數據傳送至監視終端。

該系統具有良好的計算機界面、可顯示電纜溝道模擬圖、顯示傳感器所監測的實際位置及所有電纜型號、長度、截面、中間接頭位置等參數,當運行中電纜出現異常時,顯示畫面及事故音響同時出現,可通過計算機的電纜溝道模擬圖上直接查看,并能迅速準確地判斷出發生故障的實際位置,提高了電纜運行的可靠性及技術管理水平。

3.1系統體系結構

系統采用全數字化網絡結構,提高了整個系統的抗干擾能力。系統為雙層總線結構,上層為模塊級浮動隔離總線,將操作站與分布于電纜溝內的集線器連接起來。每個集線器可掛接多個離子感煙探頭和溫度總線,溫度總線可支持智能溫度傳感器,并設有溫度總線中繼器。整個系統的數據通信采用CRC16和CRC8糾錯校驗,并保證系統能在惡劣環境下可靠地運行,圖1為系統結構圖:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

圖1 溫度在線監測系統結構圖

 

3.2集線器

集線器主要完成對分布于電纜溝內的溫度測點及感煙探頭進行采集、自動校驗和故障檢測,并將結果通過模塊總線發布到系統中每個顯示操作站作進一步處理。集線器采用三CPU冗余結構,一個通信處理器和兩個冗余的信息處理器,具有極高的安全性和故障修復能力,并采用電源及模塊總線的雙重隔離,可耐電壓3.5KV。其電源采用交流/直流18~36V的寬電壓范圍供電,供電電壓無需調整,確保系統能夠在極惡劣的環境下運行。

3.3溫度轉接器

溫度轉接器可將溫度總線延長50m,使溫度總線構成網狀連接,一般可用轉接器將溫度總線分成多個段,這樣實際的布線距離將遠遠大于規定尺寸。

3.4智能溫度傳感器

智能溫度傳感器是數字化溫度傳感器與總線接口的集成,具有體積小、抗干擾能力強等優點。傳感器可抗靜電放電電壓15KV,工作溫度為-55℃~ +125℃,數字化轉換時間為1 s,測量誤差為0.5℃。

3.5離子型煙霧傳感器

離子型煙霧傳感器用于檢測電纜絕緣受熱及燃燒時產生的化學氣體(有色或無色),這是采用紅外或非離子型感煙探頭所無法實現的。

3.6現場總線接口及操作監視站

ACCESS模塊總線將操作監視站與分布于現場的集線器連接起來。它采用雙隔離浮動總線技術,能耐高達3.5KV直流電壓。這一設計,有效地防止了電纜溝內的高電壓串入操作監視站,造成人員和設備的損傷,這種情況往往在電纜發生火災時可能發生,其隔離總線結構如圖2所示。

 2 隔離總線結構

4.應用實例

北方某電廠于1999年4月安裝了本系統,在最初的6個月中,電纜溫度曲線表明電纜溫度處于正常范圍內。1999年10月25日系統顯示安裝在4號循環水泵的1號接頭處溫度明顯上升,溫度曲線如圖3所示,經檢查,是由于接頭老化引起過熱,接頭經重新處理后,系統溫度顯示恢復正常。

5.結論

本系統經受住了嚴寒、酷暑、潮濕環境的考驗,實踐證明其具備長期穩定的性能,能準確監測電纜溝內的溫度情況,減少了電廠中因電纜故障造成的損失。系統可與廠內的管理網絡相連,實現信息的共享,提高了電廠的安全性和經濟性。

 

6.參考文獻

1 蘇世青.電纜火災及其防護.華北電力技術.1994,6,(50)


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