孔林，曾文珺
（中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，湖南 长沙，410007）
摘 要：电缆在变电站中有着传输电力和信息的重要作用，对于电缆火灾防控领域有防火设计、火灾报警及火灾灭火三道线，而火灾防控是变电站设计中绝不能失守的第一道防线。随着规程规范对电缆防火分隔要求的提高与细化，常规电缆沟内部防火在技术与经济上的缺点逐渐明显，因此，设计一种新型电缆设施防火分隔方案，将常规电缆沟内部防火的优点保留，缺点改善，是符合变电站经济、稳定、安全运行必然需求。
关键词：变电站；电缆沟；防火分隔
0 引言
电缆是变电站传输电力和信息的重要载体，电缆的敷设方式有两种：直接敷设为将电缆直接在空气中敷设；有保护敷设又分为穿管敷设、槽盒覆盖辐射、电缆沟敷设、层架支持敷设和隧道敷设等。电缆作为连接站内各个设备的纽带，遍布全站，且数量庞大，一旦发生火灾，会导致电力中断从而造成严重的经济损失。国家、行业规程规范及国网公司相关文件对电缆沟内不同电缆间的防火分隔要求提出了更加严格、明确的要求。
根据规范、标准对同沟敷设的不同电缆间防火分隔的相关要求，分析了以往常规电缆沟内部采用防火板包裹式和分沟式防火分隔的优缺点，并提出了一种满足电缆沟内部防火且简单实用的新型防火分隔设计方案。
1 电缆沟防火分隔的重要性
变电站电缆主要在电缆沟中敷设，电缆沟上铺设盖板对电缆进行保护。电缆沟中的电缆在运行中的监控通过值班员日常巡视实现，监控手段单一，且无法直接进行观察，对于电缆发生火灾或运行过程中的不安全隐患较难及时发现。
2014年3月，某500kV变电站监控后台发出500kV A/B线主二保护装置运行异常、辅B保护异常告警信息，并显示该线路#2保护PT断线、#2远跳PT三相失压报文信号。值班员在现场检查过程中，发现保护小室附近的电缆沟有烟雾冒出及亮光，将电缆盖板抬起后发现起火，立即组织人员进行灭火。该火灾事件造成电缆沟4米范围内，共6根光缆、18根控制电缆有不同程度的受损。事故原因为电缆沟内一根照明电源电缆施
工工艺不当，在驳接时造成胶皮破损且绝缘胶布包裹不严，长时间运行后电缆破损处绝缘降低并进一步劣化，导致火线对零线放电，产生电火花，引燃绝缘胶皮，发生明火。
2016年6月，某110kV变电站35千伏出线电缆沟失火，导致某110kV变电站#4、5主变、某330kV变电站#3主变起火受损， #1、#2主变漏油。初步分析，因电缆沟着火、站用交流电失电、直流系统异常，导致全站保护及操作电源失效，站内保护无法正确动作，造成故障越级，最后依靠对侧变电站后备保护切除故障。事故造成330千伏某变电全停，损失负荷28万千瓦。
从以上案例可以看出，变电站的电缆沟内电缆故障起火一旦电缆沟电缆发生火灾时，较难迅速控制，往往会波及其它回路。电缆火灾除了造成电缆损坏，还可能造成设备跳闸、减供负荷、甚至对救火人员造成伤害等后果，严重影响变电站的安全可靠运行。
2 电缆防火分隔的规范标准
近年，国家标准、行业标准、国家电网企业标准及国家电网公司相关文件等，对电缆沟内电缆敷设及防火提出了更高的要求，总结如下：
1)《35kV～110kV变电站设计规范》（GB5005 9-2011）中提出，对交流站用变低压侧总路交流电缆采用分沟或防火分隔的建议规定，并在国家电网公司十八项反措（2018版）再次提出并强调。两者均建议分沟，但未强制要求，在实际工程中不满足分沟敷设的情况下，可相互间进行防火分隔。
2)两组蓄电池组的直流电缆从国家电网公司2012版反措开始强制要求分沟，国家电网2018版反措再次进行了强调；
3)从2012版反措开始，要求通信光缆或电缆与动力电缆分沟或分层敷设，并完善防火阻燃和阻火分隔等各项安全措施；
4)《电力工程电缆设计标准》中明确要求与电力电缆同通道敷设的控制电缆，应采取穿入阻燃管或耐火电缆槽盒，或采取在电力电缆和控制电缆之间设置防火封堵板材。
3 常规电缆沟内防火分隔方式
目前在特高压工程及常规变电站工程中，不同种类电缆在电缆沟内的防火分隔方式，一般有两种方式，共沟敷设方式与分沟敷设方式。
3.1 共沟敷设式防火分隔
防火板包裹式防火分隔方式是一种共沟敷设方式，将其中的一种或两种电（光）缆采用防火隔板进行包裹，以达到相互之间实现防火分隔的目的。根据不同种类电（光）缆在电缆沟支架上的布置顺序及分隔对象的不同，主要有五种布置方式：
1)如图1，光缆布置在防火槽盒内，置于最上层；电力电缆用防火隔板包围起来，与其余电缆分隔开，布置于电缆沟的最下层；控制电缆置于电缆沟内的2-4层。
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图1 一种沟内防火分隔方式
2)光缆放在防火槽盒内，置于最下层；电力电缆用防火隔板包围起来，与其余电缆分隔开，置于电缆沟的最上层；控制电缆置于电缆沟内的2-4层。
3)电缆布置与2）相同，动力电缆上部同时采用防火板进行包围。
4)光缆放在防火槽盒内，置于最下层；电力电缆置于支架上层；控制电缆置于电缆沟内的2-4层，用防火隔板包围起来，与动力电缆分隔开。
5)光缆放在防火槽盒内，置于最下层；电力电缆置于电缆沟的最上层，下面用防火隔板隔起来，两侧采用防火隔板从上至下竖直布置，在电缆沟内形成防火分区；控制电缆置于电缆沟内的2-4层。
以上几种防火分隔方式的布置各有优缺点，能采用电缆分层包裹式防火分隔且不增加现有沟道尺寸，但也存在三个方面的问题：
1.防火隔板不便于固定，水平隔板与竖向隔板间的连接需要厂家特制。敷设在水平隔板上的电缆，其绑扎和固定不易实现。若绑扎，则需要在水平隔板上开洞穿绑扎金具或绑扎线，破坏了防火隔板的完整性，降低防火性能；
2.采用包裹式防火分隔，后期运行维护时，不便于运维人员查看包裹在隔板内部的电缆情况，且远期扩建或检修需要敷设电缆时，需要对防火隔板进行拆装，工作量大；
3.普通防火隔板一般采用无机材料制成，其耐水性能的国家标准为≥3d，不溶胀、不开裂，耐湿热性能为≥120h，不开裂、不粉化，耐水、耐湿热性能一般，一般使用寿命约为3-5年。进行更换时，对于水平防火隔板敷设在电缆下方的方式，由于防火隔板上已敷设了大量电缆，隔板不容易抽出，新换的隔板不便于装入，增大拆装工作量。
3.2 分沟式防火分隔
分沟式防火分隔方式是将其中相互间需要进行防火分隔的电缆分别敷设于两条并行沟道中，形成组合沟道，通过两条沟间的共用沟壁达到相互之间实现防火分隔的目的。其主沟内仅敷设控制电缆、光缆，光缆敷设于不锈钢防火槽盒（槽盒内衬防火板）内，置于最下层，控制电缆置于支架上层；动力电缆敷设于单独的动力沟内，动力沟与主沟并行设置。动力沟盖板与主沟盖板相互分开，动力电缆沟与主沟交叉处，采用防火槽盒对动力电缆进行防火隔离。
两条并行道到中间的混凝土沟壁实现了主沟与动力沟的防火分沟，但是采用分沟方式两条沟道的通道净宽均需要考虑各自的施工作业与维护空间，通道无法共用，造成了空间上的浪费。且采用分沟方式，极大增加电缆沟道宽度方向上的占地尺寸，容易与设备基础碰撞，不适合于部分布置较为紧凑的配电装置区域。
4 新型装配式竖向隔板防火分隔方式
通过对前章电缆沟防火分隔方案优缺点的总结，设计一种兼备两种方式优点，且尽量避免两种方案缺点的防火分隔方式。
4.1 设计思路
通过调整电缆沟道内不同种类电缆的排布方式，来优化防火分隔方式。常规的防火板包裹式防火分隔采用的电缆排布方式一般为动力电缆、控制电缆和光缆在支架上分层布置，按竖直方向分布在不同支架层，动力电缆与控（光）缆之间为上下排布，采用水平隔板实现支架上下层间防火分隔；分沟式防火分隔的动力电缆与控（光）缆间为左右排布，必须共用沟壁实现左右支架上的防火分隔。
通过调整防火隔板的安装和装配方式，可将隔板的安装方式由常规的电缆支架托举隔板方式调整为独立安装方式，使防火隔板安装系统与电缆支架系统分离，解决防火板更换拆装麻烦的问题。采用竖向隔板，既可以解决防火板包裹式分隔不便于运维巡视的问题，有解决了电缆无法有效绑扎固定的问题。再将隔板的安装方式设计成现场装配式，便于拆卸和更换。
吸纳分沟式防火分隔方案中组合沟道的维护通道和共用沟壁的优点，从沟道断面设计着手，在具有防火分隔的前提下，不增加或少增加沟道占用的场地。采用竖向安装的防火板替代共用沟壁，既能满足防火，还能大幅压缩共用沟壁占用的电缆沟宽度。将竖向安装的防火板设置成装配式，可以将组合沟道中两条电缆沟的检修和维护通道合并为一条，极大压缩维护通道占用的电缆沟宽度。
4.2 设计方案
根据上节的思路，设计一种用于电缆沟防火的新型装配式竖向隔板防火分隔方式。其具有动力电缆与控（光）缆同沟、在左右两侧支架分别敷设，中间采用竖向插拔式防火隔板进行防火分隔的特点。
将各电缆之间的排布方式由“上下排布”调整为“左右排布”，将动力电缆与控制电缆、光缆同沟敷设，分别布置于沟道两侧支架上，动力电缆独立一侧，控制电缆及光缆一侧，光缆放在不锈钢槽盒内，置于最上层；控制电缆置于支架其他各层中间。通道靠动力电缆侧设置竖向插拔防火隔板，在沟底部靠近动力电缆支架一侧沿电缆沟全长砌筑混凝土长条基础，用于支撑防火板并避免防火板浸泡于潮湿沟底。长条基础上，沿沟道全长装设一条水平卡槽，卡槽与长条基础预埋铁焊接固定，电缆沟截面如图2。
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图2 可拆卸式竖向防火分隔电缆沟断面图
维护通道靠动力电缆侧以竖向防火隔板进行防火分隔，防火隔板采用竖向插拔式设计。每块防火隔板规格为1.6~2.4m长，高度同电缆沟深。每隔两块隔板，在隔板分封处设置竖向卡槽用以固定防火隔板，确保防火板竖向平整、美观。隔板的安装方式由常规的电缆支架托举隔板方式调整为独立安装。底部嵌入水平卡槽，顶部采用不锈钢或铝合金材质的长条U型卡扣进行固定加强，防火隔板顶部与电缆沟盖板间填充防火材料。
在底部沟底靠近动力电缆支架一侧沿电缆沟全长砌筑一条混凝土长条基础，用于支撑防火板并避免防火板浸泡于潮湿沟底，基础两侧分别设置排水坡度。长条基础固定防火隔板有两种方式，一种为底座式，沿沟道全长埋铁入混凝土基础中，底座与埋铁焊接；一种为嵌入式，U型卡槽埋入混凝土基础中，沿沟道每隔2米预埋铁，电气安装时，在沿长条基础敷设两条5号热镀锌角钢，背靠背形成卡槽。角钢与长条基础预埋铁采用焊接固定。
4.3 方案的应用与技术经济性比较
新型装配式竖向隔板防火分隔适用于变电站内两种电缆同沟敷设间需要进行防火分隔的电缆沟道直线段。其典型应用场所为户外低压电缆沟道，在白关220kV变电站新建工程中，其储能设备场区的户外低压电缆沟道采用了此方案，修减户外低压电缆沟道长度共计约160米。
新型装配式竖向隔板防火分隔与常规电缆沟防火分隔技术特性和经济性比较如表1。
表1 新型装配式竖向隔板防火方案与常规技术经济比较
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5 结论
本文从电缆沟防火的重要性引入，结合规范标准对电缆防火分隔的相关要求，分析了以往常规电缆沟内部采用的防火板包裹式和分沟式防火分隔的优缺点。创新设计了一种用于电缆沟内部防火的新型装配式竖向隔板防火分隔方式，详细叙述了其设计思路，其具体实施方案，并将其与常规防火分隔方式进行了技术经济的比较。
创新的防火分隔方式解决了解决了防火板包裹式防火分隔方案中电缆巡视不方便、电缆绑扎固定不方便、防火板更换不方便等问题，解决了分沟式防火分隔方案沟道占地大、土建施工工程量大等问题。在实际的220kV变电站新建工程中，总体造价较常规防火板包裹式防火分隔造价高18.6%，较分沟式防火分隔方式造价节省26.4%。其防火性能良好、电缆敷设及巡视维护便利、防火隔板拆装更换方便，在变电站电缆沟内部电缆间防火具有较高的应用价值。
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作者简介：
孔林（1985-），男，湖南湘潭人，硕士研究生，注册电气工程师、注册咨询工程师，研究方向：变电站电气设计。
曾文珺（1994-），女，湖南邵阳人，硕士研究生，助理工程师，研究方向：变电站电气设计。