電力電纜防火封堵性聲學檢測研究及評判指標

孫 進， 王梓萌， 宋習文

（1. 國網上海電力公司青浦供電公司運檢部，上海 201701；2. 上海創知電氣科技有限公司，上海 200120）

0 引言

隨著我國現代化建設的不斷完善，電力應用已步入千家萬戶，電力電纜作為傳輸、分配電能的重要基礎設施和連接部件，其分布及應用十分廣泛，電纜的覆蓋率對其防火的安全性和可靠性提出了更高的要求。開關柜電纜倉和電纜溝道的內部空間均較為狹窄且線路密集，長期處于運行狀態下外絕緣易老化而引發火災，影響正常供電的同時還會釋放大量煙霧和有毒氣體，加劇火災造成的經濟損失和人員傷亡狀況。傳統的電纜運行維護受到環境、人力和成本的制約，工作效率較低，難以做到定期巡檢和實時維護，增加了風險。

1 電力電纜防火封堵現狀

1.1 防火封堵系統

電力電纜的防火封堵是采用適宜的防火封堵材料對空開口、電纜貫穿空洞、建筑縫隙進行密封或填塞，使其在規定的耐火時間內與相應的構件協同工作，以阻止熱量、火焰和煙氣蔓延擴散的一種技術措施。防火封堵系統主要由防火門、防火閥、防火包、防火板、有機堵料、無機堵料和防火涂料組成，多應用于電力、石油化工、天然氣、鋼鐵冶煉、通信運輸、公共建筑等領域[1-7]。

1.2 防火封堵材料

防火封堵材料在具體工程應用時要根據電纜規格和種類以及用途環境的不同來進行細致選擇[8-9]。按照材料的主要成分可以劃分為有機防火堵料、無機防火堵料和阻火包等幾類。

有機防火封堵材料主要以有機合成樹脂為粘接劑，添加防火劑、填料等制作而成，具有較高的穩定性，不容易被固化侵蝕，能夠長久保持良好的可塑性和柔韌度，主要應用于工程貫穿孔洞的防火封堵，可以任意造型，有效應對各種形狀的孔洞，在節省工程成本的同時又能夠保證防火封堵工作的牢固質量，常與無機物防火堵料和阻火包配合使用。

無機防火封堵材料是一種灰色粉末狀材料，主要由耐高溫的無機物料和速固材料混合而成，又被稱作速固防火堵料，多應用于電線電纜的孔洞和工程建筑縫隙的封堵工作，還可以作為阻火墻構建材料。在使用無機防火封堵材料時，要保持封堵孔洞的整體清潔[4]。無機堵料在與水進行充分混合后，能夠快速成型且具有較高的強度，能夠輕松應對較大的工程縫隙和孔洞，且無味、無毒、無腐蝕性、防火、防爆、耐油，能夠有效阻止火勢蔓延且不會產生煙霧，施工方便快捷，常用于工礦企業電力、化工、建筑等貫穿孔洞和電纜溝的防火封堵。

阻火包又稱耐火包，是采用經過特殊處理的玻璃纖維布料將耐火材料、隔熱材料進行包裹制作成不同規格的包狀物體，具有良好的不燃性，能夠在火災發生時迅速膨脹、凝固，阻止火勢和煙霧的蔓延，主要應用于化工行業、高層建筑和電力工程等電纜貫穿孔洞和隧道豎井防火隔離墻的封堵，因其制作快速、更換便捷的特性，常被用于需頻繁更換和增減電纜的施工項目中[6]。開關柜電纜倉電纜孔洞的防火封堵材料主要選用防火堵料盒、較為柔軟的有機堵料和填縫劑等；電纜溝的防火封堵材料選擇多為有機物堵料，在針對多層電纜穿墻產生的裂隙時，則選擇施工較為便捷的無機物堵料。這些材料需要根據施工場所的不同進行擇優選用。

1.3 常用防火封堵方法

常用的防火封堵方法主要包含“封、堵、隔、涂、包”等步驟。“封”指將電力電纜封閉在固定空間內，將其與外界間隔開來，在內部發生燃燒時起到隔絕氧氣、封鎖煙霧的作用，控制火災的規模，有效阻止火勢擴散[3]。“堵”是在電纜貫穿孔洞、墻體縫隙等部位使用防火封堵材料，通過設置防火墻等設施對相關電纜設備進行分火封堵，減少可能發生的損失，從被動意義上對火勢進行控制。“隔”是將各類電纜分隔在不同的定義空間內，防止火災發生串聯，將危險控制在較小的分割點中，實現對環境的控制。相關工程通常通過設置防火墻、防火板、分隔板等設施來達成分隔的條件。“涂”是在電力電纜的表層涂抹防火涂層，如工程常用的W60-B 膨脹型電纜防火涂料，可在火災發生時快速膨脹，生成均勻的海綿狀泡沫層，起到防火隔燃的效果。“包”是在電力電纜的外部直接包裹防火帶，在內部形成環狀密封空間，阻止內外部空氣的流通，保護所包裹的電纜不受火焰侵蝕。

在對開關柜電纜倉進行防火封堵時，首先要確保施工現場的環境整潔，將倉內密集的電纜線整理整齊，保證設備正常運行的同時安裝電纜備用孔阻燃管道。根據開關柜內的電纜規格和孔洞尺寸進行封堵前的處理工作，安裝并固定電纜孔洞的底板及防火堵料，將柔性較好的有機物堵料填滿電纜縫隙，保證緊密無孔，并將孔蓋安裝牢固。在電纜溝防火封堵施工過程中要將封堵部位附近的空間清理干凈，保證電纜設備擺放整齊且表面無明顯灰塵，保留安裝備用孔道，將所使用的無機物堵料進行切割，溝道底部設置排水通道和流水攔截網，保證電纜設備的正常使用[10]。安裝耐火隔板、防火線條，采用柔性有機堵料密封緊實后，將無機堵料與速干水泥對建構的模塊進行覆蓋粉刷，電纜溝防火墻兩側的電纜表面所涂防火涂料厚度不小于1 mm，長度不小于1500 mm。施工完成后，鋪好載重蓋板使之與地面連接平整。

1.4 當前工程防火封堵的不足及改善

當前防火封堵施工中還存在著些許不足之處，如電力電纜相關設備封堵施工缺乏系統而全面的設計，導致施工過程中出現的人力、物力資源的浪費和時間成本的增加，開關柜電纜倉、電纜溝等空間有限，施工質量容易受到環境的影響，傳統檢測手段存在的弊端使部分設施難以及時維護等，都影響防火封堵工作。這些問題可以通過設計會檢、加強施工監理強度和引進聲學測量技術來加以改善，在整個施工建設的前期準備工作中，將電纜設置的線路進行分類匯總，保證沒有遺漏，避免后續的施工補救[5]。強化防火封堵施工的監理機制，以嚴謹規范的監理制度來保障工程實施的質量，與此同時，也要將聲學檢測技術納入工程驗收的范圍內，以科技手段為封堵的密封性保駕護航[2]。

2 防火封堵檢測方法

2.1 聲發射和聲學成像技術

聲發射技術是一種通過接收聲發射信號，對材料或構件進行動態檢測的技術，具有高效率、高質量和無損性的特征，是一種較為成熟的應力分析工具，可以測量到物體裂隙和變形時釋放出的彈性波，常被用來進行裂紋和斷裂狀況的檢測。聲發射技術的實施常受到材料性質、設置環境、傳播路徑和噪音干擾等因素的影響，對聲波信號的發射和接收帶來間接的制約作用。

聲學成像技術依托傳聲器列陣測量，能夠測量密閉空間內聲波信號的相位差異和聲源位置，并通過科學成像的方式加以顯現，以顏色和亮度代表測量聲源的強弱，被廣泛應用于各種測量場所。聲學成像技術利用相關聲學、電子學和信息處理的知識理論和研究成果，將物體內部結構的聲學信息轉化為有形的二維圖像，便于相關技術人員和工程施工人員對工程完成的質量進行檢測。當前行業應用最廣的聲學成像技術是波束形成法和近場聲全息法，波束形成法對中高聲源有較好的分辨率，而近場聲全息法則與之相反，對中低頻率聲源的分辨率更為精準。但這兩種聲學成像技術都容易受到現場無關噪音的影響，在雜亂的環境中難以發揮出自身的優勢。

2.2 工程檢測應用

在電纜防火封堵領域，聲發射技術和聲學成像技術可用來對封堵部位的緊密性進行聲學測量，能夠鎖定人工無法識別的裂紋和縫隙[9]。封堵物的裂紋是非線性的不規則幾何形體，聲發射參數能夠對其損傷部位進行真實反映，進而實現對電纜設施防火封堵性的檢測與評判。聲發射技術和聲學成像技術的有力結合，能夠在檢測應用過程中采集需要的聲波信號和裂紋演變圖像，觀測材料內部的微觀損傷，判斷堵料具體的填充運行狀態，在動態壓力變化的過程中，可利用相關換能設備分析得到活性缺陷的動態信息，提高聲學檢測的速度和效率。

聲發射設備的選擇要根據對應檢測場所的信號頻率，根據頻譜分析選擇最合適的傳感器；聲學成像設備的應用與選擇要考慮聲像儀的有效頻率。相關研究表明檢測壓縮空氣泄露的最有效頻率范圍是20 kHz～30 kHz，對于在安全距離進行局部檢測則在10 kHz～30 kHz 為最佳，選擇麥克風較多的儀器能更好地捕捉聲波信號、優化檢測過程的頻率收錄。聲學成像設備的選擇還需要考慮搭載具有分析能力的輔助軟件，如FLⅠR Si124 自身提供記載分析工具，可利用AⅠ/web 工具進行預測性分析，技術先進、使用便捷，能夠縮短查漏工作進程，提高效率。

3 電纜防火封堵驗收指標

開關柜防火封堵的施工有嚴格的驗收和檢測標準，防火堵料盒的安裝要牢固兼顧美觀。電纜包裹無縫隙，外部涂層平整無孔洞，依照相關規范整齊懸掛標識牌，電纜封堵設備附近無雜物[8]。以有機堵料和阻火包為封堵材料的，封堵厚度≥180 mm，室內電纜溝通柜耐火極限≥1 h；以柔性有機堵料和耐水性無機堵料為封堵材料的，封堵厚度≥120 mm，室外電纜溝通柜耐火極限≥1 h。電纜溝的防火封堵施工標準為防火墻要有清晰規范的圖案；墻體垂直平整；防火涂料覆蓋均勻。以柔性有機堵料、阻火包和電纜防火涂料組合封堵的，電纜溝阻火墻的，墻體厚度為320 mm，長度≥1 mm，阻火墻的兩側電纜需要涂刷防護涂料，涂刷厚度1 mm 左右，室內電纜阻火墻的耐火極限不得低于2 h。以柔性有機堵料和耐水性無機堵料和電纜防火涂料組合封堵的，墻體厚度為240 mm，長度≥1 mm，涂刷厚度1 mm左右，室外電纜阻火墻的耐火極限不得低于2 h。