一起10kV環(huán)網(wǎng)柜二次室電氣火災(zāi)事故原因及防范措施分析

／國網(wǎng)安徽省電力公司合肥供電公司 都偉杰 戈慶長 陶承 ／

一起10kV環(huán)網(wǎng)柜二次室電氣火災(zāi)事故原因及防范措施分析

／國網(wǎng)安徽省電力公司合肥供電公司 都偉杰 戈慶長 陶承 ／

電力開關(guān)設(shè)備是本質(zhì)安全型電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，本文通過分析一起因環(huán)網(wǎng)柜二次元件的安裝、配線工藝缺陷及控制回路二次方案設(shè)計問題等原因引起的戶外箱式開閉所內(nèi)10kV環(huán)網(wǎng)柜頂部二次低壓室起火事故，闡述了電力開關(guān)設(shè)備二次元件安裝、配線工藝缺陷可能給電網(wǎng)安全運行帶來的潛在隱患。并結(jié)合實際運行要求，指出該類型設(shè)備優(yōu)化二次設(shè)計方案及相關(guān)缺陷的防范措施。

環(huán)網(wǎng)柜；二次元件安裝；配線工藝；二次方案設(shè)計

0 引言

2017年國家電網(wǎng)公司在安全生產(chǎn)工作1號文件中指出，深入推進(jìn)本質(zhì)安全建設(shè)是公司安全生產(chǎn)各項任務(wù)的重點。在電網(wǎng)建設(shè)中，嚴(yán)格過程控制，實現(xiàn)“零缺陷”交付投運，是構(gòu)建安全本質(zhì)型電網(wǎng)的基礎(chǔ)工作。對于配電設(shè)備，二次回路主要由測量儀表、綜合保護(hù)裝置、端子及熔斷器等二次設(shè)備互相連接而成。其作用是對一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)制、保護(hù)等，對于電網(wǎng)正常、安全運行至關(guān)重要。然而，某些設(shè)備廠家在二次回路的設(shè)計、生產(chǎn)過程關(guān)鍵工藝管控方面較為薄弱，出廠產(chǎn)品的質(zhì)量存在一定缺陷，這些可能會給產(chǎn)品在投運后帶來事故。本文分析的該起開關(guān)柜二次室電氣火災(zāi)事故，正是由于二次回路存在的缺陷導(dǎo)致。本文還根據(jù)現(xiàn)場運行要求，為該類型設(shè)備的控制母線回路提供了優(yōu)化二次設(shè)計方案。

1 事故分析

1.1 事故概況

2017年2月，某市道路上環(huán)網(wǎng)柜起火，設(shè)備方案為2進(jìn)6出，進(jìn)出線單元均為斷路器柜（V柜），單氣箱間隔。經(jīng)實地勘察，起火點位于環(huán)網(wǎng)柜05開關(guān)間隔頂部低壓二次室，火勢猛烈，并殃及左側(cè)04開關(guān)間隔及右側(cè)06間隔。事故發(fā)生時，設(shè)備10kV一次帶電；保護(hù)未動作；二次保護(hù)回路微斷未動作；后經(jīng)供電部門運行班操作停電。

設(shè)備拆除，其狀態(tài)如下：① 除05、06間隔外，其余間隔SF6氣箱氣壓表指針均在正常綠色壓力范圍值內(nèi)，05、06間隔氣壓表指示至非正常范圍；② 05開關(guān)間隔一次橋接母線外絕緣受損；③ 05開關(guān)間隔低壓二次室內(nèi)部全部燒毀；機構(gòu)室、下出線室內(nèi)二次線及CT未見明顯引火點；④ 04開關(guān)間隔右側(cè)、06間隔左側(cè)部分二次元件燒毀；⑤ 除05、06間隔外，其他柜二次面板上元件均不同程度損壞，柜內(nèi)外覆有大量煙塵。

1.2 事故設(shè)備基本情況

事故設(shè)備生產(chǎn)日期為2016年7月，投運日期為2017年1月，同批設(shè)備共四組，其他三套現(xiàn)運行正常。

1.3 事故起因的探究

事故發(fā)生后，事故原因分析組人員認(rèn)為，二次回路著火原因多為漏電、過負(fù)荷、短路等因素引起的放電，或是因接觸電阻大而引起的長期發(fā)熱，如：長期運行后，凝露、污穢等外部因素引起的短路；CT開路原因；設(shè)備廠家元件自身質(zhì)量問題；設(shè)備廠家元件的安裝、配線工藝問題等。

1.4 事故成因的排查

由于05開關(guān)間隔低壓元件均燒毀，分析組根據(jù)事故發(fā)生時的實地勘察情況、事故設(shè)備其他間隔狀況、設(shè)備二次接線原理圖及同批次設(shè)備廠家供貨產(chǎn)品的情況，對事故進(jìn)行了分析，具體如下：

1）當(dāng)日氣溫為3～16℃，相對濕度67% ，溫差大，夜間存在凝露的可能性；

2）因05開關(guān)間隔CT二次線未見明顯引火點，故基本排除CT開路原因；

3）柜內(nèi)端子緊固螺絲為M3，規(guī)格偏小，緊固扭矩在0.6～0.8Nm，力矩較難控制，二次配線時，可能存在螺絲未緊或是螺紋滑絲無法擰緊的現(xiàn)象。事故環(huán)網(wǎng)柜及同批次其他三套設(shè)備中就存在導(dǎo)線松動現(xiàn)象；

4）08開關(guān)間隔二次室內(nèi)控母正電源22號端子缺少緊固螺絲，二次組部件存在質(zhì)量問題；

5）03、07開關(guān)間隔二次室內(nèi)控母正負(fù)電源端子條中央橋接件之間缺少端子隔片，端子隔片的作用，是為了保證相鄰不同電位端子橋接件間的電氣間隙及爬電距離，如不安裝，會使控制正負(fù)電源端子組之間缺少有效的電氣隔離，存在安全隱患；

6）多處接線端子壓接時，部分導(dǎo)線金屬銅絲未完全壓接到冷壓端子內(nèi)，散落在外的銅絲容易碰及相鄰端子，存在安全隱患；

7）事故環(huán)網(wǎng)柜二次回路的保護(hù)設(shè)備方案：所有V柜間隔控制母線串接自PT柜二次出口熔斷器下口，干線熔斷器額定電流6A，V柜間隔分支控制保護(hù)元件為微型斷路器，額定電流也為6A，未進(jìn)行分級。

2 隱患分析

（1）凝露的隱患

當(dāng)空氣由熱變冷時潮氣就會凝結(jié)在絕緣層表面，在不同電位導(dǎo)體間形成一能微弱導(dǎo)電的液膜，兩導(dǎo)體間因電位差而產(chǎn)生很小的電流，電流的熱效應(yīng)使液體液化，但是液膜中的鹽分和導(dǎo)電的塵埃卻遺留在絕緣層表面上，這一過程循環(huán)不已，使其導(dǎo)電性能不斷提高，達(dá)到一定的程度時，電流產(chǎn)生的熱量使其絕緣層碳化，造成極間短路，短路產(chǎn)生的電弧碰到可燃物引燃起火。

（2）上述第3、4兩條的隱患

端子的松動、導(dǎo)線連接不牢靠會使接頭接觸不良，造成接觸部位局部電阻過大，當(dāng)電流通過導(dǎo)線接頭時，會在此處產(chǎn)生熱量，形成高溫，使金屬變色甚至熔化，引起導(dǎo)線絕緣層燃燒，并引燃附近的可燃物，從而造成火災(zāi)。

（3）上述第5、6兩條的隱患

端子隔片是為使端子在工況條件較差的情況下，電氣間有效隔離。事故設(shè)備正負(fù)電源間未能有效隔離，電氣間隙及爬電距離過近，新裝設(shè)備在安裝調(diào)試時，不會出現(xiàn)問題，但當(dāng)經(jīng)過一段時間的運行，如遇到空氣濕度大、凝露或污穢積累時，兩裸路導(dǎo)體間易形成短路。 由于短路時電阻突然減少，電流急劇增大，瞬間發(fā)熱量增大，超過線路正常工作時的發(fā)熱量，會在短路點產(chǎn)生強烈的火花和電弧，不僅能使絕緣層迅速燃燒，而且能使金屬熔化，引起附近的易燃物燃燒，造成火災(zāi)。

（4）上述第7條的隱患

DL/T5136－2012《火力發(fā)電廠、變電所二次接線設(shè)計技術(shù)規(guī)程》中第7.2.1條指出：二次回路的保護(hù)設(shè)備用以切除二次回路短路故障，并作為回路檢修和調(diào)試時斷開交、直流電源之用。保護(hù)設(shè)備可用熔斷器，也可采用自動開關(guān)。但當(dāng)自動開關(guān)開斷水平、動熱穩(wěn)定無法滿足要求時，保護(hù)設(shè)備應(yīng)選用熔斷器。且在第7.2.8.1條指出：干線上熔斷器熔件的額定電流應(yīng)較支線上的大2～3級。

然而事故環(huán)網(wǎng)柜二次回路的保護(hù)設(shè)備選用并未進(jìn)行分級，額定電流均為6A。從環(huán)網(wǎng)柜生產(chǎn)廠家選用熔斷器及微型斷路器的特性曲線上可看出，當(dāng)電流在5倍In時，熔斷器動作時間為0.1～4s，而斷路器的脫扣時間為0.1～8s。保護(hù)設(shè)備采用這種設(shè)計方案會出現(xiàn)分支斷路器不動作時，干線熔斷器已熔斷，使二次回路失電范圍增大。這就是事故環(huán)網(wǎng)柜各間隔內(nèi)控制小型斷路器及10kV斷路器均未動作的原因，事故發(fā)生時由于起火點位于控制母線跨接位置，此處二次回路的保護(hù)設(shè)備位于第一臺01間隔PT柜熔斷器處，當(dāng)正負(fù)電源端子組間短路時，在微型斷路器未動作前，熔斷器熔斷，使整組設(shè)備8個間隔所有保護(hù)失電，保護(hù)無法正常工作，10kV斷路器亦無法斷開，又因其無法斷開，電流回路帶電，加劇火勢，二次室燃燒的同時，殃及其后部的10kV一次橋接母線，使得母線套管與柜體連接處的密封部件受熱變形，造成氣體泄漏。

3 改進(jìn)措施

針對以上問題，結(jié)合環(huán)網(wǎng)柜產(chǎn)品的使用環(huán)境及運行條件，筆者針對該類型產(chǎn)品提出以下防范措施：①改進(jìn)設(shè)備內(nèi)防凝露措施。通過加強設(shè)備底部電纜進(jìn)出口的封堵，隔離電纜溝內(nèi)潮氣；增設(shè)柜體通風(fēng)口、加裝換氣扇；加裝防凝露裝置等方法，提高開關(guān)柜防凝露性能。②產(chǎn)品生產(chǎn)廠家應(yīng)從原材料、組部件進(jìn)廠檢驗、生產(chǎn)裝配等各道工序的工藝技術(shù)上保證產(chǎn)品生產(chǎn)的需要，嚴(yán)格過程控制，規(guī)定生產(chǎn)工藝，以保證出廠產(chǎn)品的長期穩(wěn)定運行。③針對此類產(chǎn)品戶外使用條件，建議該類產(chǎn)品的二次回路端子選用緊固螺絲為M4，緊固扭矩在1.5～1.8Nm的常規(guī)產(chǎn)品，此類產(chǎn)品安裝工具通用，力矩好控制，二次配線時，導(dǎo)線不易松動。④嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)DL/ T5136的規(guī)定選用開斷水平、動熱穩(wěn)定性能一致的二次回路保護(hù)設(shè)備，并分級設(shè)置；按標(biāo)準(zhǔn)7.4.7條要求，在正、負(fù)電源及經(jīng)常帶電的回路端子組之間設(shè)一個空端子隔開，形成有效電氣隔離。⑤在送電前加強二次設(shè)備安裝工藝質(zhì)量驗收管理，將可能發(fā)生的風(fēng)險規(guī)避到最小。

4 結(jié)束語

根據(jù)各環(huán)節(jié)排查及技術(shù)推斷，該起事故的直接原因是由于設(shè)備廠家在生產(chǎn)時，未能將二次元件的安裝、配線工藝的缺陷消除，及二次保護(hù)回路設(shè)計方案不當(dāng)而引起的電子氣火災(zāi)事故。通過分析原因，筆者認(rèn)為，電網(wǎng)本質(zhì)安全是從源頭上預(yù)防和抵御事故風(fēng)險的能力，是設(shè)備質(zhì)量、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、安全管理、隊伍素質(zhì)的綜合體現(xiàn)。電力開關(guān)設(shè)備作為電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)，生產(chǎn)廠家只有通過合理組部件選型、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計、完善工藝制作水平及嚴(yán)格過程控制等措施，改進(jìn)和提升產(chǎn)品質(zhì)量，才能為堅強電網(wǎng)提供質(zhì)量優(yōu)良、狀態(tài)良好、具有防范故障能力的本質(zhì)安全的物質(zhì)基礎(chǔ)。