變電站電纜溝蓋板防火護罩研究

摘 要：變電站電纜通往全站各處的電力設備，是變電站的“血管”，一旦發生火災，不僅會造成電力中斷，威脅電網的安全穩定運行，還可能造成重大的財產損失和社會影響。現根據變電站常見的電纜溝電纜敷設方式，分析其構造及特點，研究一種變電站電纜溝蓋板防火護罩，通過“導油槽+坡度”的設計配合，能有效阻止變電站電力設備發生火災時燃燒物落入電纜溝致使電纜著火，防止事故范圍擴大，從而提高變電站的運行可靠性。

關鍵詞：變電站；電纜溝；蓋板；防火護罩

中圖分類號：TM75" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2023）14-0014-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.14.003

0" " 引言

變電站電纜溝是用于鋪設站用電纜的地下溝道，電纜溝既是搭載電纜的主要走廊，也起到了保護電纜的作用。變電站電纜溝內布置有各種型號的380 V動力電纜和控制電纜，是站用電源設備的延伸和重要組成部分，電纜溝內站用電纜的安全運行對變電站的安全穩定運行起著至關重要的作用。根據《電纜通道防火技術要求》，靠近充油設備的電纜溝，應設有防火阻燃的措施，蓋板應該封堵。傳統的電纜溝蓋板未在靠近充油設備的部位設計阻燃措施，致使火災時燃燒物可能從蓋板邊沿或蓋板上孔洞處跌落至電纜溝內，一旦火勢蔓延到電纜溝內，將造成站用電纜受損，進而導致保護及自動化裝置的誤動，擴大事故范圍，風險巨大。

1" " 變電站電纜溝敷設現狀分析

1.1" " 變電站電纜敷設方式

電纜敷設是現今變電站內常見的走線方式，指的是電力運輸過程中到達配電箱之前進行的走線方式連接[1]。不同的電力工程會根據實際情況選擇不同的電纜敷設方式，一般而言，電纜的敷設方式分為兩種，分別是直接敷設和有保護物敷設。

1）直接敷設：電纜直接裸露敷設在場地上。

2）有保護物敷設：也分為穿管敷設、槽盒覆蓋敷設、電纜溝敷設、層架支持敷設和隧道敷設等。

直接敷設是比較老舊的方式，敷設工程量較小，但存在著較大的運行風險和損壞隱患，不符合相關規程要求，絕大多數都已經進行了改造。新的變電站電力工程基本采用有保護物敷設方式，其中，電纜溝敷設方式應用最為廣泛。

1.2" " 變電站電纜溝電纜火災影響

變電站電纜溝是用于鋪設站用電纜的地下溝道，由蓋板、溝道和電纜支架組成。電纜溝溝道狹長，而目前投入運行的電纜大多采用聚乙烯、交聯聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、天然橡膠等材料作為絕緣材料，這些材料的氧指數都在19或以下，一般300～400 ℃即能引燃，且發熱量大于同等重量的煤炭，一旦著火，影響甚廣。

一方面，電纜溝中電纜一般采用分層成束的方式敷設，比較集中，一旦著火燃燒，火情就會蔓延到鄰近的電纜，甚至造成更大面積的電纜燃燒。另一方面，電纜相互供給燃燒質會造成大面積高溫，且不會自行熄滅，燃燒的變壓器油和電纜自身延燃的相互作用會加速火勢沿電纜溝方向快速移動蔓延，造成更大區域的火災事故。除此之外，電纜著火后會產生大量的濃煙和氯化氫有毒氣體，不僅嚴重污染環境，而且對人體有害，導致滅火條件惡劣，撲救難度大，容易造成人員傷亡。與架空線路相比，電纜搶修時間長、工藝復雜，復電所需時間也相對更長[2-3]。

1.3" " 變電站電纜溝蓋板研究現狀

有些變電站采用復合式電纜溝蓋板，由上蓋體、下蓋體及連接件組成，可及時引流電纜溝蓋板上流體。如圖1所示，上蓋體均勻開設多個通槽，并且在通槽內安裝過濾網，下蓋體通過側板與上蓋體連接，中間形成空腔。下蓋體的頂面中間高、兩端低，可引導液體流至兩端，然后排出。相鄰兩蓋板間通過L型掛板連接，掛板內側轉角處圓弧過渡，便于多個蓋板設置后連接固定。但考慮到在無人值守變電站，維護頻率固定，日積月累，濾網口容易積污、堵塞，而且在火災時，燃燒的油流入空腔，在局部燃燒膨脹，容易引發爆炸進而破壞蓋板，復合式電纜溝蓋板存在一定的局限性。

還有變電站采用改進型防油水電纜溝蓋板，這種蓋板是矩形帶金屬邊框的鋼筋混凝土構件，長邊為一對對稱U型邊，U型邊的較低一側高度不小于電纜溝蓋板厚度的1/2，該電纜溝蓋板的四邊包邊留出U型排水溝，焊接成一個整體包邊邊框，整體邊框與內部鋼筋混凝土的鋼筋焊接，如圖2所示。相鄰的兩蓋板通過U型邊正放、反放搭接，形成排水溝，如圖3所示。但是改進型防油水電纜溝蓋板無法對停留在電纜溝蓋板上方的流體起到及時引流的作用，發生火災時，燃燒的流體依然會對電纜溝內電纜造成威脅。

2" " 事件回顧與分析

2.1" " 事件回顧

2022年8月，天氣多云轉陣雨，某變電站#2主變壓器B相變中套管空氣側發生一次對地放電，并引發火災，#2主變壓器本體輕瓦斯、本體重瓦斯、有載重瓦斯動作。

隨后，#2主變壓器流出的絕緣油流至地面繼續燃燒，部分絕緣油流至臨近的電纜溝，由于電纜溝蓋板并未完全密封，而且與#2主變壓器相鄰的#3主變壓器電纜與#2主變壓器電纜采用同溝敷設的方式，燃燒物順著電纜溝的方向快速移動、蔓延，致使#3主變壓器本體至控制室的電纜受損，導致#3主變壓器本體重瓦斯、有載重瓦斯動作，跳開#3主變壓器三側開關，事故范圍擴大。

2.2" " 事件前后運行方式

該變電站共有#1、#2、#3三臺主變，并列運行，如圖4所示。

220 kV設備運行方式：#1主變變高2201開關、#2主變變高2202開關運行于220 kV 1M母線，#3主變變高2203開關運行于220 kV 2M母線，220 kV母聯2012開關運行。

110 kV設備運行方式：#1主變變中101開關、#2主變變中102開關運行于110 kV 1M母線，#3主變變中103開關運行于110 kV 2M母線，110 kV母聯100開關運行。

10 kV設備運行方式：#1主變變低501開關供10 kV 1M母線，#2主變變低502開關供10 kV 2M母線，#3主變變低503開關供10 kV 5M母線，#3主變變低513開關供10 kV 6M母線，10 kV #1母聯500、10 kV #2母聯550開關熱備用。

事件發生后，#1主變運行，#2主變、#3主變熱備用。

220 kV設備運行方式：#1主變變高2201開關運行于220 kV 1M母線，220 kV母聯2012開關運行，#2主變變高2202開關、#3主變變高2203開關熱備用。

110 kV設備運行方式：#1主變變中101開關運行于110 kV 1M母線，110 kV母聯100開關運行，#2主變變中102開關、#3主變變中103開關熱備用。

10 kV設備運行方式：#1主變壓器變低501開關供10 kV 1M、5M母線，10 kV #2母聯550開關合位，站外串供10 kV 2M、6M母線，10 kV #1母聯500開關合位。

2.3" " 事件分析

經事后調查，電纜溝蓋板未進行有效封堵是致使#3主變壓器跳閘的根本原因，#3主變壓器本體至控制室的控制電纜在電纜溝內燒傷導致短路。根據《電纜通道防火技術要求》，靠近充油設備的電纜溝，應設有防火阻燃的措施，蓋板應該封堵。電纜溝是敷設電纜的地下專用通道，電纜溝蓋板應起到防止電纜受到外界損傷、保護電纜的作用[4]，但目前大部分的變電站電纜溝并沒有在充油設備的附近進行有效封堵，一旦發生火災，燃燒物流動至電纜溝蓋板上，極有可能會從電纜溝蓋板的邊沿或者電纜溝蓋板上的孔洞處跌落至電纜溝內。如果火勢蔓延到電纜溝內，將造成站用電纜受損，進而導致保護及自動化裝置誤動，擴大事故范圍，造成更大的損失。

3" " 電纜溝蓋板防火護罩設計

3.1" " 設計思路

通過實地考察與分析，防火用電纜溝蓋板防護罩必須能夠實現兩點：一是要有全包圍結構，用以“堵塞”燃燒質，防止其流入電纜溝內；二是要有坡度設計，用以“疏導”燃燒質，引導其離開電纜溝。

如圖5所示，電纜溝蓋板防火護罩放置于電纜溝蓋板上方，兩側支撐結構緊貼電纜溝水泥基礎外壁，并向下插入一定的深度，這樣電纜溝蓋板防火護罩就可以將電纜溝與蓋板整體罩住，在燃燒物與電纜溝蓋板之間形成一層物理隔絕，有效避免高溫絕緣油流入電纜溝內，從而破壞或引燃電纜。并且在兩側的支撐結構處設計一定的高度差，使電纜溝護罩表面形成一定的坡度，對流體有疏通作用，避免高溫絕緣油在防護罩上停留燃燒。另外，相鄰的兩塊防火護罩之間通過巧妙的咬合設計以及彈簧片限位，在縫隙處形成導油槽，利用坡度引流，可以全方位避免燃燒物流入電纜溝內。

3.2" " 電纜溝蓋板防火護罩詳述

電纜溝蓋板防火護罩主要由防火板、龍骨、把手、導油槽四個部分組成，如圖6所示，龍骨位于防火板下方，用以支撐，把手位于防護罩兩側，便于安裝與移動。

電纜溝蓋板防火護罩板面設計2%的坡度，如圖7所示，高腳處有金屬墊架，保證受力均勻。

相鄰兩塊電纜溝蓋板防火護罩之間的連接處采用咬合設計，如圖8所示，在蓋板A邊緣兩側設有兩個彈簧板，確保兩個電纜溝蓋板防火護罩之間能夠緊密連接；同時，彈簧也起到限位作用，防止電纜溝蓋板防火護罩由于外力因素左右移動。除此之外，兩個電纜溝蓋板防火護罩邊緣咬合處中空部分可形成一個導油槽，起到引流的作用，如圖9所示，更利于燃燒流體的排出。

4" " 結束語

對于帶電電纜，可抽象為一種外層聚合物包裹生熱金屬的物理結構，多回電纜共溝敷設的電纜溝中，一旦某一回電纜燃燒，極易引起同通道的其他電纜發生火災事故[5]。

電纜溝蓋板防火護罩充分考慮充油設備附近電纜溝蓋板的防火需求，量身定制，更具有針對性。采用斜坡結構，可實現對燃燒流體定向引流的目的，且導油槽截面積大，不易堵塞，更利于燃燒流體的排出，保護電纜溝內電纜的同時有效避免了燃燒范圍的擴大。電纜溝蓋板防火護罩結構簡單，易于制作與推廣，無須更換新的電纜溝蓋板，可以最大限度地節省開銷；能有效阻止電力設備發生火災時燃燒物流入電纜溝致使電纜燃燒短路，有效遏制火勢蔓延，防止事故擴大，不影響變電站內直流系統、控制回路，是提高變電站的運行可靠性的關鍵節點，也是推動電網技術升級、維護公司形象的重要一環[6]。

[參考文獻]

[1] 梁凱翔.淺談電力配電工程中電纜敷設技術的應用[J].科技風，2019（34）：179.

[2] 張穎，王強.變電站電纜火災成因分析和預防對策[J].山西建筑，2014，40（17）：155-156.

[3] 董禮勇.高壓電纜火災事故分析和預防措施[J].科技創新與應用，2016（32）：184.

[4] 歐陽娟，李俊堂，李曉武，等.變電站電纜溝新型啟閉裝置設計與應用[J].大眾用電，2021，36（5）：25-26.

[5] 萬代，齊飛，周恒逸，等.一起10 kV電力電纜群集中燒損典型故障分析[J].湖南電力，2020，40（6）：84-87.

[6] 黃文彪.220 kV星云站電纜溝防火隱患改造[J].農村電氣化，2021（7）：77-78.

收稿日期：2023-03-23

作者簡介：歐陽曉雯（1995—），女，廣東人，助理工程師，研究方向：電氣工程及其自動化。