城市轨道交通供电系统电力电缆燃烧性能等级的设计选择
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随着城市轨道交通开通运营城市不断增多、新增运营里程迅速增加以及线网规模持续扩大，城市轨道交通安全运行的压力和挑战也日益加大。城市轨道交通对供电系统用电力电缆应有较高规格要求，尤其是涉及消防安全的燃烧性能等级，而当前并无专门针对城市轨道交通电力电缆燃烧性能等级要求的规范。
因此，广州地铁设计研究院股份有限公司的研究人员高杰，在2020年第2期《电气技术》杂志上撰文，依据现有规范规定，结合国内各城市轨道交通和主流电力电缆供应商的调研情况，探讨城市轨道交通供电系统电力电缆燃烧性能等级的设计选择。
在我国几乎所有的大中城市将城市轨道交通作为整个城市交通系统的骨干，仅自2018年1月1日至2019年5月31日，获发改委批准建设的轨道交通项目共计11个，涉及64条线路，项目里程达2446.7km，我国正迎来新一轮城市轨道交通建设的黄金时期。
城市轨道交通是一个牵涉到多种技术领域，由多种设备、多种软硬件、多种设施组成的复杂系统，具有重大社会影响，其安全一直是人们关注的焦点。城市轨道交通所用电力电缆品种繁多、数量众多，其直接影响着轨道交通运行的稳定性与安全性，供电系统电力电缆设计选型至关重要。
以往，国内城市轨道交通对供电系统电缆阻燃分级主要依据GB/T 19666—2005《阻燃和耐火电线电缆通则》，分级为A、B、C、D。“陕西奥凯电缆事件”的发生使国内各行各业非常重视电力电缆的质量安全，引发了城市轨道交通行业内各专家学者的广泛讨论，越来越多的行业人士开始关注由公安部四川消防研究所牵头编制的GB 31247—2014《电缆及光缆燃烧性能分级》，城市轨道交通行业电缆主流供货商也开始陆续将相关产品送往国家防火建筑材料质量监督监测中心进行型式检验。
基于上述背景，本文对城市轨道交通供电系统电力电缆燃烧等级的规范依据、工程应用及选择进行了分析阐述。
1 燃烧性能标准要求
1.1 GB 31247—2014《电缆及光缆燃烧性能分级》简介
该标准适用于建设工程中使用的电缆及光缆的燃烧性能分级，划分为A、B1、B2、B3。A级为不燃型，B1、B2级分别为阻燃1级和2级，B3级为不阻燃型普通电缆，燃烧性能等级判据见表1。
1.2 GB/T 19666—2005《阻燃和耐火电线电缆通则》简介
该标准适用于包括有卤、无卤、低烟的阻燃和耐火电线电缆，阻燃性能划分为A、B、C、D，阻燃性能等级判据见表2。
表1 电缆及光缆阻燃性能等级判据
表2 成束阻燃性能要求
1.3 GB 31247—2014与GB/T 19666—2005的差异
1）现GB 31247—2014与GB/T 19666—2005都为现行有效规范，属于并行规范。
2）两者差异
（1）燃烧性能及阻燃特性试验方法的差异
GB/T 19666—2005《阻燃和耐火电线电缆通则》中对于阻燃电缆的分级试验方法主要依照GB/T 18380.31～36部分—2008《垂直安装的成束电线电缆火焰垂直蔓延试验 试验装置/A FR类/A类/B类/ C类/D类》，实验装置如图1所示。
GB 31247—2014《电缆及光缆燃烧性能分级》中对电缆燃烧性能的分级试验方法主要依照GB/T 31248—2014《电缆或光缆在受火条件下火焰蔓延热释放和产烟特性的试验方法》，实验装置如图2所示。
GB/T 31248—2014试验装置基于GB/T 18380.31—2008《电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验 第31部分：垂直安装的成束电线电缆火焰垂直蔓延试验 试验装置》（IEC 60332-3-10: 2000, IDT）建立，同时增加了热释放和产烟特性测试设备，如图2所示。
与GB/T 18380.31—2008相比，本标准具有测试方法更加精确灵敏、综合性更强、对燃烧性能等级评价更加科学的特点。相同电缆在两种试验装置中受火情况如图3所示。
在进行燃烧性能试验时，由于增加了对热释放速率和热释放总量两项指标要求，GB/T 31248《电缆或光缆在受火条件下火焰蔓延、热释放和产烟特性的试验方法》中B1级试验较GB/T 18380《电缆和光缆在火焰下的燃烧试验 第33～35部分：垂直安装的成束电线电缆火焰垂直蔓延试验A类、B类、C类》成束A类试验更为严苛，即B1级燃烧性能要求高于A类阻燃性能要求。
（2）阻燃电缆分级规范间技术指标的对比
现主要就阻燃电缆的低烟性能、烟气毒性、低卤性能、阻燃性能（燃烧性能）等进行对比分析，具体分析见表3。
图1 GB/T 18380.31中试验装置
图2 GB/T 31248中试验装置
图3 相同电缆在两种试验装置中受火
表3 标准主要参数对比表
GB/T 19666没有将电缆热释放特性、烟气毒性及燃烧滴落物等指标纳入，不够全面，不能客观反映火灾现场情况以及对周围环境影响；GB 31247通过电缆燃烧的火焰蔓延、热释放和产烟特性进行主分级，同时还从电缆的产烟毒性、腐蚀性和燃烧滴落物/微粒等方面进行附加分级，全面考量电缆燃烧安全性能，其要求更高。
2 燃烧性能等级的选择
依据GB 50157—2013《地铁设计规范》第15.4.1条要求，地下敷设电力电缆必须是无卤、低烟的阻燃电缆，地上露天敷设电力电缆必须是低卤、低烟的阻燃电缆。
若燃烧性能等级执行GB 31247—2014《电缆及光缆燃烧性能分级》，A级为不燃型，B3级为不阻燃型，在城市轨道交通领域B1、B2级为应用量最大的阻燃电缆。地下线路的交直流电力电缆防火要求高，宜采用燃烧性能为B1级的电缆。高架地上线路电缆由于采用防紫外线型电缆，其外护套需要增加燃烧值较高的含卤等材料，其燃烧性能很难达到B1级，故地上敷设电缆宜采用B2级电缆。
若燃烧性能等级执行GB/T 19666—2005《阻燃和耐火电线电缆通则》，A类为最高阻燃级别。考虑到城市轨道交通安全的重要性，一般供电系统交直流电力电缆选用A类阻燃。
3 技术发展调研
针对GB 31247—2014执行情况的调研可知，现国内城市轨道交通用主流电缆厂家如远东电缆、上海高桥、中航宝胜、广州明兴电缆、安徽太平洋电缆及四川明星电缆等均有齐全的电力电缆型式试验报告；另一些主流电缆厂家虽还未有现成的型式试验报告，但技术上均可做到GB 31247的要求。主流电缆厂家均可生产GB19666中A类阻燃等级电力电缆。
4 应用情况调研
4.1 北京
新线电缆技术指标按照GB/T 19666编写，抽检要求按GB 31247，但不要求具体能达到GB 31247中规定的某个等级。
4.2 上海
上海地铁执行地标《DGJ 08-109—2004上海市城市轨道交通设计规范》，地下车站和区间隧道的电线电缆选用阻燃级别为B类（GB/T 19666）的阻燃电缆。暂未执行GB 31247。
4.3 广州
十三五规划的新线，均执行GB 31247规范，包括现已完成招标的在建工程。
4.4 其他城市
1）石家庄、佛山、西安地铁新线均执行GB 31247规范。
2）常州、苏州、无锡、南京、徐州、深圳、合肥、武汉、郑州、福州均执行GB/T 19666，暂未执行GB 31247。
5 成本差异分析
AC 35kV、DC 1500V电缆B1级阻燃相对于A级阻燃电缆价格的增幅约5%。对工程投资影响以某城市轨道交通工程供电系统项目为例进行分析，该工程线路全长约40km，共设29座车站，正线供电系统交流电力电缆燃烧性能采用不同标准所需投资对比见表4。
表4 某工程不同燃烧性能等级电力电缆造价对比表
此工程供电系统采用B1级阻燃电力电缆较A类阻燃电力电缆造价增加约(867÷16129)×100%=5.4%。
6 结论
本文依据现有规范规定，结合国内各城市轨道交通应用情况和主流电力电缆供应商技术发展的调研情况，通过对交直流电力电缆不同燃烧性能分级体系进行分析，主要得出以下结论：
1）GB 31247较GB/T 19666而言，通过主分级和附加分级更加全面地考量了电缆的安全性能，要求更高。
2）两种类型电力电缆在国内各城市轨道交通项目均有应用，主流电缆供应商基本都能生产。
3）电力电缆燃烧性能等级采用GB 31247较GB/T 19666工程项目造价将增加约5%。
4）城市轨道交通供电系统电力电缆燃烧性能等级建议优先执行GB 31247。