0.4kV 無功補(bǔ)償電容柜弧光短路事故原因深度分析

譚永林

（中國石油天然氣集團(tuán)公司，北京 100083）

1 引言

2009年5月5日11時(shí)01分，北京市東城區(qū)某大廈 B3南變配電室一臺(tái) 0.4kV無功補(bǔ)償電容器柜突發(fā)弧光短路事故。在高低壓變配電系統(tǒng)中，無功補(bǔ)償電容器柜是一個(gè)事故的易發(fā)、多發(fā)環(huán)節(jié)。同時(shí)，這種設(shè)備的事故原因分析難度較大。從現(xiàn)象上看，弧光短路無非是過電壓或過電流造成的。但導(dǎo)致電容器過電壓或過電流的因素卻比電阻性或電感性電路復(fù)雜的多。這主要是由于：在容性負(fù)載電路發(fā)生短路故障瞬間（ms級(jí)）的狀態(tài)，往往是由多種因素聯(lián)合作用的結(jié)果。而其中有些因素是難以定量、難以測量、難以再現(xiàn)的。

2000年11月9日9時(shí)42分，北京市海淀區(qū)某大廈 B1變配電室變壓器二次側(cè) 0.4kV無功補(bǔ)償電容器組在運(yùn)行中突然爆炸起火，大火燒毀了五面配電柜，但電容器組爆炸起火的原因終無定論。圖1～4是“11.9”事故的現(xiàn)場照片。

圖1 爆炸起火的電容器組

圖2 被大火燒毀的配電柜

圖3 被大火燒毀的電容器柜

圖4 被大火燒毀的電纜線

2 事故過程

2009年5月5日10時(shí)35分，北京市東城區(qū)某大廈（以下簡稱大廈）B3南變配電室兩持證電工對(duì) 3＃變壓器二次側(cè)0.4kV無功補(bǔ)償電容器輔柜進(jìn)行檢修：一人監(jiān)護(hù)，一人操作斷開輔柜總電源開關(guān)將輔柜7-12組300kvar電容器與主回路隔離。然后兩人對(duì)第八組電容器投切交流接觸器（檢查前運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)其中相接觸不良）及其他5個(gè)投切交流接觸器的接線端子進(jìn)行檢查。11時(shí)，檢查完畢，二人關(guān)好柜門。11時(shí)零1分，操作合上輔柜總電源開關(guān)。此時(shí)一聲巨響，在總電源開關(guān)上口裸露接線端子根部之間突發(fā)三相弧光短路。幾乎與此同時(shí)，3＃變壓器二次側(cè)出線403低壓斷路器和一次側(cè)進(jìn)線212高壓斷路器的過電流脫扣器短路瞬時(shí)保護(hù)動(dòng)作跳閘，3＃變壓器停電。

3 事故分析

3.1 操作問題

（一）操作規(guī)程

（1）關(guān)于電力電容器的操作規(guī)程

圖6 開關(guān)上口接線端子根部弧光短路

按照北京市供電局頒布的《北京地區(qū)電氣設(shè)備運(yùn)行管理規(guī)程》（2000版）和《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50227-2008）等規(guī)程的要求，在操作電力電容器時(shí)必須遵守以下規(guī)定：

1）全站停電操作時(shí)，要先停電容器組，后停接于電容器組母線上的各出線。

2）全站恢復(fù)送電時(shí)，要先送接于電容器組母線上的各出線，再送電容器組。

3）全站故障失去電源后，對(duì)失壓保護(hù)拒動(dòng)的電容器組，必須將電容器與電源斷開，以免電源重合閘時(shí)損壞電容器。

4）電容器組保護(hù)熔絲熔斷后，未查明原因，不準(zhǔn)更換熔絲送電。

5）電容器因內(nèi)部故障掉閘后，在未拆除故障電容器前，禁止重新合閘送電。

6）電容器分閘后至再次合閘的間隔時(shí)間不得少于3m in。

7）裝有功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償控制器的電容器組，當(dāng)自動(dòng)裝置發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)立即退出運(yùn)行。

8）為防止鐵磁諧振過電流，嚴(yán)禁空載變壓器帶電容器組運(yùn)行。

9）當(dāng)電源電壓高于電容器額定電壓1.1倍、運(yùn)行電流超過電容器額定電流 1.3倍、電容器環(huán)境溫度超過40℃、電容器外殼溫度超過60℃時(shí)，應(yīng)將電容器退出運(yùn)行。

（2）關(guān)于只具有隔離功能的電器的操作規(guī)程

按照北京市供電局頒布的《北京地區(qū)電氣設(shè)備運(yùn)行管理規(guī)程》（2000版）、《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50054-95）、《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第三部分：開關(guān)、隔離器、隔離開關(guān)及熔斷器組合電器》（GB14048.3-2002）等規(guī)程的要求，在操作只具有隔離功能的電器時(shí)必須遵守的規(guī)定是：

1）嚴(yán)禁帶負(fù)荷分?jǐn)?、接通電路?/p>

2）隔離電器不得作為操作電器使用。當(dāng)隔離電器誤操作會(huì)造成嚴(yán)重事故時(shí)，因采取防止誤操作的措施。

“5·5”事故操作人員沒有違反第一類操作規(guī)程。但是否違反了第二類操作規(guī)程呢?在這里，問題的關(guān)鍵是要確認(rèn)發(fā)生事故的SIWOH1系列開關(guān)究竟是只能起隔離電路作用的隔離電器，還是同時(shí)具備接通、分?jǐn)嚯娐饭δ茉试S帶負(fù)荷操作的操作電器。開關(guān)的性質(zhì)決定了操作的性質(zhì)：

1）類別：SIWOH1-630開關(guān)，屬于GB14048.3-2002所定義電器中的第四大類—熔斷器組合電器中的第五小類—隔離開關(guān)熔斷器組。使用類別是AC-23B。

2）性質(zhì)：SIWOH1-630開關(guān)是可以帶負(fù)荷不頻繁分合電路的操作電器。當(dāng)分合時(shí)的電壓條件為1.05時(shí)，可以安全接通6300A（10倍的額定電流），可以安全分?jǐn)?040A（8倍的額定電流）。

3）基于本開關(guān)的類別和性質(zhì)，“5·5”事故時(shí)電工的操作，沒有違反電氣安全工作的基本規(guī)程，沒有違反電工安全作業(yè)的基本常識(shí)，是一次正常的操作。

（二）正常操作與危險(xiǎn)狀態(tài)

違章操作必然與危險(xiǎn)狀態(tài)相聯(lián)系，但正常操作卻并不必然與安全狀態(tài)相聯(lián)系。一次正常的操作可能引發(fā)多種危險(xiǎn)的狀態(tài)。這就是電氣行業(yè)工作的特殊性。對(duì)于電路分、合操作尤其是這樣。

特別是無功補(bǔ)償電容器裝置，每次操作時(shí)，回路中各個(gè)電器元件的工況都是有差別的，電路中電壓、電流的相位波形都是不相同的，過電壓或過電流可能因各種因素誘導(dǎo)隨機(jī)產(chǎn)生。例如常見的操作過電壓有：

（1）合閘瞬間電源電壓相位角最大過電壓。

（2）合閘時(shí)觸頭彈跳過電壓。

（3）分閘時(shí)電弧重?fù)舸┻^電壓。

（4）合閘時(shí)高次諧振過電壓。

（5）合閘時(shí)殘留電荷過電壓。

（6）合閘時(shí)過量補(bǔ)償過電壓等。

3.2 開關(guān)故障分析

（一）故障問題

（1）瞬間電流

在“5·5”弧光短路的一瞬間，SIWOH1-630開關(guān)動(dòng)靜觸頭接通的電流究竟有多大呢？根據(jù)當(dāng)時(shí)開關(guān)負(fù)荷側(cè)3個(gè)gG630A熔斷器（總保險(xiǎn)）和 12個(gè)gG160A熔斷器（分保險(xiǎn)）一個(gè)都沒有熔斷的事實(shí)，可以判定：當(dāng)時(shí)開關(guān)在 ms級(jí)時(shí)限內(nèi)接通的電流在630A以內(nèi)。這個(gè)數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于開關(guān)的通斷能力。在正常條件下是不應(yīng)該產(chǎn)生電弧的。因此，要考慮開關(guān)的接觸機(jī)構(gòu)是否存在故障，導(dǎo)致它在較大電流下形成飛弧短路或熱擊穿短路。

（2）可能因素

該開關(guān)動(dòng)靜觸頭接觸方式為橫推插入式指夾雙面接觸，發(fā)生合閘彈跳重?fù)舸┑母怕屎苄　Ｔ谶@一點(diǎn)上遠(yuǎn)優(yōu)于平面拍合式單面接觸方式。但是該開關(guān)動(dòng)觸頭為雙斷點(diǎn)橋式壓簧片觸頭結(jié)構(gòu)，有12組動(dòng)靜接觸點(diǎn)，接觸點(diǎn)多、連接點(diǎn)多，有可能發(fā)生以下故障：①動(dòng)觸頭連接虛；②靜觸頭連接虛；③加速機(jī)構(gòu)速度不夠；④在動(dòng)靜觸頭間已經(jīng)形成很大的接觸電阻；⑤合閘時(shí)12組動(dòng)靜接觸點(diǎn)不同步。

（3）解體檢查我們對(duì)事故開關(guān)進(jìn)行了解體檢查。檢查發(fā)現(xiàn)：1）12組動(dòng)靜觸頭接觸面光滑干凈，顏色如初，觸頭上的導(dǎo)電膏依然如故。

2）三相觸頭密封空間亦完好干凈。沒有發(fā)生強(qiáng)烈電弧所特有的燒熔、弧坑、炭化、變色、飛濺等痕跡。

3）在動(dòng)靜觸頭前端接觸面邊沿有微小的電火花灼蝕點(diǎn)，屬于正常現(xiàn)象。

4）前面考慮的五點(diǎn)故障因素，除加速機(jī)構(gòu)速度無法測量外，其余可以排除。

圖7 開關(guān)靜觸頭上黑色導(dǎo)電膏清晰可見

圖8 開關(guān)動(dòng)觸頭光滑干凈顏色如初

（4）結(jié)論

1）事故發(fā)生瞬間開關(guān)接通的電流基本在額定工作電流范圍內(nèi)（當(dāng)然更在額定接通電流能力范圍內(nèi)）。定量估算可能為

I＝(80×4)×2＝320×2＝640A

2）開關(guān)動(dòng)靜觸頭的電氣結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)異常，合閘同期性亦正常。

3）開關(guān)動(dòng)靜觸頭在接通電路時(shí)沒有產(chǎn)生強(qiáng)烈電弧。因此，開關(guān)出現(xiàn)飛弧短路和熱擊穿短路的可能性較小。

4）在動(dòng)靜觸頭前端接觸面邊沿有微小的電火花灼蝕點(diǎn)，這說明在動(dòng)靜觸頭接觸瞬間亦有微小電弧產(chǎn)生。但考慮到滿足本使用類別的接通和分?jǐn)鄺l件當(dāng)時(shí)可能已經(jīng)破壞，出現(xiàn)微小的電弧亦屬正常。

（二）質(zhì)量問題

（1）瞬間電壓

在“5·5”弧光短路的一瞬間，SIWOH1-630開關(guān)相間絕緣承受的電壓究竟有多高呢？根據(jù)當(dāng)時(shí)開關(guān)電源側(cè)配置的電壓保護(hù)水平為1.5kV的EC-40型浪涌保護(hù)器沒有動(dòng)作的事實(shí)，可以判定：當(dāng)時(shí)開關(guān)在ms級(jí)時(shí)限內(nèi)承受的電壓在 1.5kV以內(nèi)。同時(shí)根據(jù)此電容器極間耐壓 1130V（10S）和極對(duì)殼耐壓3000V（1m in）的性能，可判定1200V為此電容器在ms級(jí)時(shí)限內(nèi)極間耐壓的上限。SIWOH1-630開關(guān)的額定沖擊耐受電壓雖然可達(dá)6～10kV，但它的額定絕緣電壓只有750V（在塑料外殼發(fā)熱溫度低于80℃的條件下）。因此，若當(dāng)時(shí)電路中有（1.5～2.0）Uj瞬間過電壓出現(xiàn)，也會(huì)對(duì)開關(guān)構(gòu)成威脅。這里所說的質(zhì)量問題，主要是看開關(guān)的額定沖擊耐受電壓、額定絕緣電壓、空氣中最小電氣間隙、最小爬電距離和絕緣表面溫升限值等技術(shù)指標(biāo)是否合格。

（2）閃絡(luò)短路

憑經(jīng)驗(yàn)，直觀感覺：SIWOH1-630開關(guān)上口裸露出線端子相間在較高電壓下沿塑料外殼表面放電閃絡(luò)短路的概率最大。

（3）《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第1部分：型式試驗(yàn)和部分型式試驗(yàn)成套設(shè)備》（GB 7251.1-2005）對(duì)開關(guān)電氣間隙、爬電距離、溫升限值的規(guī)定：

1）空氣中最小電氣間隙：在額定耐受沖擊電壓為6～12kV時(shí)（非均勻電場），是5·5～14mm。

2）設(shè)備長期承受電壓的最小爬電距離：在實(shí)際承受電壓為800～1250V時(shí)（污染等級(jí)4級(jí)，材料組別Ⅲa），是 25～40mm。

3）開關(guān)絕緣表面溫升限值是40℃。

圖9 開關(guān)上口裸露出線端子相間在較高電壓下閃絡(luò)短路的概率最大

（4）絕緣遙測

開關(guān)額定耐受沖擊電壓為6～12kV，這個(gè)數(shù)值主要是指絕緣材料內(nèi)部永久性擊穿的指標(biāo)。我們用500V、1000V、2500V兆歐表在冷態(tài)下進(jìn)行了測試，沒有發(fā)現(xiàn)硬擊穿現(xiàn)象。

（5）結(jié)論

1）事故發(fā)生前瞬間開關(guān)承受的電壓在額定耐受沖擊電壓的范圍內(nèi)。但極可能超過了開關(guān)的額定絕緣電壓。定量估算可能為

U＝750×(1.5～2)＝1125～1500V

在這個(gè)過電壓值下雖然沒有發(fā)生絕緣材料硬擊穿短路，但并不能保證不發(fā)生放電閃絡(luò)短路。

2）此開關(guān)的相間絕緣間距是 30mm。符合 GB 7251.1-2005規(guī)定的空氣中最小電氣間隙。但 GB 7251.1-2005規(guī)定的—設(shè)備長期承受電壓的最小爬電距離表明：當(dāng)工作電壓≥1250V時(shí)（污染等級(jí) 4級(jí)，材料組別Ⅲa），最小爬電距離=40mm。放電的危險(xiǎn)是存在的。

3）GB 7251.1-2005規(guī)定開關(guān)絕緣材料表面溫升限值是40℃。經(jīng)驗(yàn)證明：當(dāng)開關(guān)在較大電流沖擊下瞬間溫升是該數(shù)值的兩倍以上時(shí)，開關(guān)塑料外殼表面電阻會(huì)急劇下降，此時(shí)加上＞750V的高電壓，附著著灰塵的相間絕緣材料表面發(fā)生放電閃絡(luò)短路是完全可能的。

4）根據(jù)以上非常有限技術(shù)條件下的分析，筆者認(rèn)為：開關(guān)的接觸機(jī)構(gòu)和絕緣指標(biāo)基本上沒有嚴(yán)重的問題。開關(guān)短路是由于當(dāng)時(shí)電路里出現(xiàn)了超出開關(guān)技術(shù)指標(biāo)的異常狀態(tài)。

（三）安裝問題

（1）使用說明書要求

本開關(guān)安裝單位是國內(nèi)某儀表廠。2009年5月15日，該廠在為大廈更換新開關(guān)時(shí)隨機(jī)帶來一份《SIWOH1-63～1250系列隔離開關(guān)熔斷器組使用說明書》。說明書內(nèi)容共分八部分。其中第七部分-使用與維修-第2條要求：“開關(guān)上的接線端子和接線裸母線應(yīng)包扎絕緣物，防止開關(guān)相間短路?！?/p>

（2）大廈現(xiàn)場安裝實(shí)況

迄今為止，大廈南北變配電室18臺(tái)低壓無功補(bǔ)償柜上的18臺(tái)SIWOH1-630隔離開關(guān)熔斷器組都沒有按照該使用說明書第七部分-使用與維修-第 2條要求安裝。

圖10 開關(guān)上的接線端子是裸露導(dǎo)體未包扎絕緣物

（3）可以說，這一條是開關(guān)制造廠家根據(jù)SIWOH1系列產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)提出的針對(duì)性安全要求。如果按照這一條做了，可以有效防止開關(guān)相間在此位置閃絡(luò)、爬電和飛弧短路。

3.3 電路問題

大廈安裝的低壓無功補(bǔ)償電容器柜，是由國內(nèi)某建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，由國內(nèi)某儀表廠組裝生產(chǎn)。這種設(shè)備自2008年8月正式投入運(yùn)行以來，接連發(fā)生電容器組投切接觸器燒毀、分路熔斷器熔斷和串聯(lián)電抗器過熱等異?，F(xiàn)象。

深入分析表明：這種設(shè)備在設(shè)計(jì)上存在缺陷。這種缺陷成為“5·5”弧光短路事故的主要誘發(fā)因素。

（一）因設(shè)計(jì)潛伏隱患

（1）REGO型自動(dòng)功率因數(shù)控制器接線方式

圖11 REGO控制系統(tǒng)圖

圖12 REGO控制原理圖

1）REGO自動(dòng)控制器不受總電源開關(guān)控制。主輔柜兩個(gè)SIWOH1-630開關(guān)控制12組電容器總主回路，REGO自動(dòng)控制器通過控制12個(gè)交流接觸器控制 12組電容器分支回路。REGO的工作電源接在SIWOH1-630開關(guān)上口，不受總開關(guān)控制。當(dāng)總開關(guān)斷開后，REGO仍在工作。原設(shè)計(jì)思想是：當(dāng)主輔柜其中一個(gè)斷電檢修時(shí)，另一個(gè)仍然可以在自動(dòng)補(bǔ)償狀態(tài)工作。

2）這種接線方式可以造成智能誤判，使電路出現(xiàn)異常狀態(tài)。即：在總開關(guān)斷開而REGO仍在工作的情況下，造成REGO對(duì)補(bǔ)償需求發(fā)生誤判。REGO對(duì)補(bǔ)償需求發(fā)生誤判后，立即發(fā)出過補(bǔ)償投入指令。誤判發(fā)出的過補(bǔ)償投入指令會(huì)一直持續(xù)到將 12組600kvar電容器投切接觸器全部吸合為止。

圖13 電容器主柜運(yùn)行/輔柜檢修示意圖

3）圖14極為清楚的顯示：盡管電容器主柜在運(yùn)行、輔柜在檢修，盡管輔柜總電源開關(guān)已分?jǐn)啵玆EGO自動(dòng)控制器仍然發(fā)出指令將輔柜的6組投切接觸器全部吸合。

（2）串聯(lián)電抗器電抗率的選擇

1）《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50227-2008）規(guī)定：

串聯(lián)電抗器電抗率選擇，應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)條件與電容器參數(shù)經(jīng)相關(guān)計(jì)算分析確定，電抗率取值范圍應(yīng)符合下列規(guī)定：①僅用于限制涌流時(shí)，電抗率宜取0.1%～1%；②用于抑制諧波時(shí)，電抗率應(yīng)根據(jù)并聯(lián)電容器裝置接入電網(wǎng)處的背景諧波含量的測量值選擇。當(dāng)諧波為5次及以上時(shí)，電抗率宜取4.5%～5.0%；當(dāng)諧波為 3次及以上時(shí)，電抗率宜取 12.0%；亦可采用4.5%～5.0%與12.0%兩種電抗率混裝方式。

2）低壓調(diào)諧濾波器產(chǎn)品樣本（2007年10月版）提示：存在諧波的電網(wǎng)（應(yīng)用非線性負(fù)載例如整流器、電焊等）選擇功率因數(shù)補(bǔ)償系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)特別注意產(chǎn)生諧波的影響。為了避免諧振這一危險(xiǎn)現(xiàn)象，電容器一定要串聯(lián)合適的調(diào)諧濾波電抗器。這樣就可以得到諧振頻率低于諧波范圍的振蕩回路。通過調(diào)諧濾波電抗器串聯(lián)電容器傳輸無功功率不同于依靠選擇普通電抗器用于無功補(bǔ)償?shù)脑膫鬏?，因?yàn)楸仨氈腊惭b補(bǔ)償設(shè)備的電網(wǎng)特性和應(yīng)用的電抗器對(duì)電容器所產(chǎn)生的影響。

3）在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)：大廈3#變壓器電容器補(bǔ)償柜中的串聯(lián)電抗器工作溫度有時(shí)高達(dá)120℃。3#、5#、6#變壓器電容器補(bǔ)償柜不斷出現(xiàn)投切接觸器燒毀和熔斷器熔斷的現(xiàn)象?！?·5”事故后，筆者對(duì)其串聯(lián)電抗器電抗率進(jìn)行了計(jì)算，約為3%。而大廈九臺(tái)變壓器帶有大量電力電子設(shè)備，3#、4#、5#、6#變壓器所帶負(fù)載尤其是這樣。屬于典型的諧波源污染負(fù)載。很明顯，3%這一電抗率選擇是不符合GB50227-2008要求的，是不符合大廈供用電負(fù)載諧波污染特點(diǎn)的，是難以避免高次諧振這一危險(xiǎn)現(xiàn)象的。

（3）結(jié)論

因以上設(shè)計(jì)潛伏隱患，容易使過量補(bǔ)償過電壓、高次諧振過電壓等多種異常狀態(tài)發(fā)生的概率增大。

（二）過量補(bǔ)償過電壓

（1）并聯(lián)電容器過量補(bǔ)償無功功率的危害是非常明確的：其一，抬高系統(tǒng)電壓，損壞電氣絕緣。其二，無功反送電源，增加有功損耗。案例：某廠為一臺(tái)大型電動(dòng)機(jī)供電的變壓器設(shè)置了分組投切的0.4kV無功補(bǔ)償電容器組（三相容量600kvar）。調(diào)試時(shí)電動(dòng)機(jī)還沒啟動(dòng)，調(diào)試人員就誤將補(bǔ)償電容器組全部投入運(yùn)行，立即造成接在這個(gè)供電系統(tǒng)上的部分照明燈、指示燈、繼電器線圈和部分補(bǔ)償電容器燒毀。

（2）由于“自動(dòng)控制器接線設(shè)計(jì)”考慮不周，在“5·5”事故中確定無疑造成了“過量補(bǔ)償過電壓”。實(shí)際過程如下：

1）3#變壓器主輔兩臺(tái)電容器柜正在運(yùn)行中，REGO控制投入的是輔柜上第7、第8兩組電容器。

2）此時(shí)，操作人員分?jǐn)噍o柜SIWOH1-630開關(guān)，使輔柜由運(yùn)行轉(zhuǎn)檢修。

3）總開關(guān)分?jǐn)嗪?，?、第8兩組電容器被從母線上切除。但REGO并不理睬這一變化，繼續(xù)指令第7、第8號(hào)接觸器在吸合位置。

4）此時(shí)，3#變壓器負(fù)荷側(cè)需要 50×2=100kvar的無功補(bǔ)償量，但由于總開關(guān)將兩組電容器切除，電路中出現(xiàn)了欠補(bǔ)償。這個(gè)欠補(bǔ)償信號(hào)由403主進(jìn)開關(guān)A相上的TA（CT）測量信號(hào)傳給REGO。

5）REGO接到欠補(bǔ)償信號(hào)后，以為兩組100kkar補(bǔ)償量不夠，于是它指令第9、第10號(hào)接觸器吸合，將第9、第10組接觸器投入。此時(shí)，REGO認(rèn)為它根據(jù)電路需要已經(jīng)投入了4組50×4=200kvar的無功補(bǔ)償量。但此時(shí)實(shí)際仍然是零補(bǔ)償。

6）操作人員結(jié)束工作后，合上 SIWOH1-630開關(guān)，使輔柜由檢修轉(zhuǎn)運(yùn)行。SIWOH1-630開關(guān)接通電路的一瞬間，4組200kvar的無功補(bǔ)償量投入了系統(tǒng)，超出了此時(shí)電路實(shí)際需要補(bǔ)償量1倍，形成了過量補(bǔ)償無功返送。

7）過量補(bǔ)償無功返送使系統(tǒng)相間電壓瞬間升高。造成了過量補(bǔ)償過電壓。

（3）在大廈0.4kV無功補(bǔ)償電容器柜弧光短路事故中，過量補(bǔ)償過電壓的存在是確定無疑的。這個(gè)“過電壓”肯定對(duì)造成“5·5”開關(guān)相間弧光短路起了作用。但是經(jīng)驗(yàn)證明：過量補(bǔ)償過電壓的數(shù)值很少＞2Ue。這個(gè)數(shù)量級(jí)恐怕還難以一手造成相間弧光短路。

（三）高次諧振過電壓

（1）在供用電系統(tǒng)中，產(chǎn)生諧波的根本原因是由于向具有非線性阻抗特性電氣設(shè)備供電的結(jié)果。這些非線性負(fù)荷在工作時(shí)向電源反饋高次諧波（基波頻率整倍數(shù)的正弦波分量），導(dǎo)致供電系統(tǒng)的電壓、電流波形畸變。所有非線性負(fù)荷都能產(chǎn)生諧波，主要有：①整流設(shè)備；②視頻設(shè)備；③辦公自動(dòng)化設(shè)備：計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、傳真機(jī)等；④UPS電源設(shè)備；⑤智能照明設(shè)備；⑥變頻調(diào)速設(shè)備；⑦電梯設(shè)備；⑧電弧設(shè)備等。

（2）由于智能樓宇中安裝著大量電力電子設(shè)備，同時(shí)這些設(shè)備產(chǎn)生的諧波又具有較大的振幅，所以它們是目前智能樓宇供用電系統(tǒng)中的主要諧波源。其中：計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的諧波以3、5、7次為主（筆記本便攜式計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的諧波頻譜更加廣泛）。復(fù)印機(jī)產(chǎn)生的諧波以3、5、7、9、11、13次為主?？勺冾l驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的諧波以5、7次為主。三相六脈沖橋式可控硅整流的UPS電源產(chǎn)生的諧波以5、7次最為顯著（該大廈 UPS屬于此種類型）。三相十二脈沖橋式可控硅整流的UPS電源產(chǎn)生的諧波以11、13次最為顯著。單相供電的UPS產(chǎn)生的諧波則以3次為主。統(tǒng)計(jì)表明：由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近40%，是最大的諧波源。

（3）諧波的存在往往使電壓呈現(xiàn)尖頂波形，尖頂電壓波易在介質(zhì)中誘發(fā)局部放電。高次諧波諧振時(shí)，一般電流不大，但過電壓很高，經(jīng)常使設(shè)備絕緣損壞。

甚至有諧振過電壓使母排之間空氣間隙擊穿導(dǎo)致補(bǔ)償柜燒毀的嚴(yán)重事故發(fā)生。

（4）由于“串聯(lián)電抗器電抗率設(shè)計(jì)”選擇有誤，在“5·5”事故中極有可能造成了“高次諧波過電壓”。理論計(jì)算如下：

《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50227-2008）規(guī)定：當(dāng)分組電容器按各種容量組合運(yùn)行時(shí)，不得發(fā)生諧振。諧振電容器容量，可按下式計(jì)算式中，Qcx為發(fā)生n 次諧波諧振的電容器容量(Mvar)；Sd為并聯(lián)電容器裝置安裝處的母線短路容量(MVA)；n為諧波次數(shù)，即諧波頻率與電網(wǎng)基波頻率之比；K為電抗率，即串聯(lián)電抗器的感抗與并聯(lián)電容器組的容抗之比，以百分?jǐn)?shù)表示。

解：大廈 3＃變壓器 0.4kV無功補(bǔ)償電容器柜“5·5”事故發(fā)生高次諧波諧振的電容器容量為

因?yàn)?，Sd=0.4kV×50kA=400V×50000A=20MVA（查表并計(jì)算得）

N=5（據(jù)大廈3＃變壓器負(fù)荷特性得）

K=3%=0.03（據(jù)設(shè)備參數(shù)計(jì)算得）

所以

（5）結(jié)論

大廈3＃變壓器0.4kV無功補(bǔ)償電容器柜“5·5”事故發(fā)生高次諧波諧振的電容器容量為200kvar。正好落入5次諧波諧振區(qū)并與諧振點(diǎn)重合。

經(jīng)驗(yàn)證明：高次諧振過電壓的數(shù)值一般在（2～5）Ue。

4 結(jié)論

綜上所述，本文對(duì)“5·5”事故做如下結(jié)論：

（1）不是操作問題?；赟IWOH1-630隔離開關(guān)熔斷器組的類別和性質(zhì)，“5·5”事故時(shí)電工的操作，沒有違反電氣安全工作的基本規(guī)程，沒有違反電工安全作業(yè)的基本常識(shí)，是一次正常的操作。

（2）基本不是開關(guān)問題。經(jīng)解體檢查和對(duì)照規(guī)范，認(rèn)為開關(guān)的電氣和機(jī)械機(jī)構(gòu)以及主要技術(shù)指標(biāo)基本上沒有嚴(yán)重的問題。開關(guān)短路是由于當(dāng)時(shí)電路里出現(xiàn)了超出開關(guān)技術(shù)指標(biāo)的異常狀態(tài)。但是不依照說明書安裝，留下了短路隱患。

（3）基本肯定是電路問題。

1）控制器接線方式缺陷→智能控制誤判→令多組接觸器同時(shí)空載吸合→形成了過補(bǔ)償?shù)耐肚腥萘拷M合→此時(shí)人工操作總開關(guān)投入形成過補(bǔ)償過電壓。

2）電抗率選擇缺陷→沒有消除5次及以上高次諧波的能力→在現(xiàn)有容量組合投切時(shí)遇到諧振點(diǎn)的概率較大→“5·5”4組 200kvar一次投入時(shí)恰遇 5次諧波諧振點(diǎn)形成高次諧振過電壓。

（4）弧光短路過程

1）合閘時(shí)由過補(bǔ)償過電壓和高次諧振過電壓疊加形成瞬時(shí)過電壓，峰值大約在800～1200V之間，施加在系統(tǒng)相間絕緣和對(duì)地絕緣上。

2）此時(shí)在過電壓條件下，640A左右的大電流沖擊SIWOH1-630開關(guān)動(dòng)靜觸頭產(chǎn)生的發(fā)熱量，使金屬出線端子和塑料外殼表面溫度瞬間上升至100℃以上，高溫使開關(guān)塑料外殼表面電阻值急劇下降，使此處成為線路上的最薄弱點(diǎn)。

3）最薄弱點(diǎn)處的三相出線端子是裸露的，沒有按要求進(jìn)行絕緣處理。此時(shí)開關(guān)上口裸露出線端子相間率先沿絕緣塑料外殼表面發(fā)生放電閃絡(luò)—弧光短路。

（5）“5·5”事故中的諧振過電壓是概率性事件。每一次的電路分合沖擊過程都是不相同的。由于這種“沖擊擾動(dòng)”過程的隨機(jī)性，有的過程很嚴(yán)重，有的則很輕微。這種區(qū)別決定于具體的初始條件：分合閘時(shí)電流、電壓的相位角，電弧過程的強(qiáng)烈程度等。因此，在外激發(fā)條件下，并不是每次電路分合操作都會(huì)引起諧振過電壓，而是具有明顯的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性。

[1]北京地區(qū)電氣規(guī)程匯編(2000版) .北京電力行業(yè)協(xié)會(huì)編. 北京:中國城市出版社,2000.12.

[2]并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50227-2008).

[3]低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第三部分:開關(guān)、隔離器、隔離開關(guān)及熔斷器組合電器(GB14048.3-2002).

[4]低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第1部分: 型式試驗(yàn)和部分型式試驗(yàn)成套設(shè)備(GB 7251.1-2005).

[5]低壓無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置(JB/T10695-2007).

[6]供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50052-95).

[7]10kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50053-94).

[8]低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50054-95).

[9]民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范(JGJ16-2008).

[10]SIWOH系列隔離開關(guān)熔斷器組產(chǎn)品樣本(2009年1月).

[11]SIWOH1-63～1250系列隔離開關(guān)熔斷器組使用說明書(2009年4月隨機(jī)文件).

[12]REGO自動(dòng)功率因數(shù)控制器應(yīng)用手冊(cè)(2006年7月修訂本).

[13]低壓調(diào)諧濾波器產(chǎn)品樣本(2007年10月).

[14]陳元麗編著. 現(xiàn)代建筑電氣設(shè)計(jì)指南[M].北京:中國水利水電出版社,2007.7.

[15]平紹勛主編.電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓保護(hù)及實(shí)例分析[M].北京:中國電力出版社,2006.7.