10kV手車式開關柜電氣火災分析

曹軍

摘要：本文對某10kV手車式開關柜電氣火災進行分析，研究火災發(fā)生的主要原因和分析火災過程，并提出改進方法。希望通過研究，使工作人員了解對火災原因的分析方式，以及做好對開關柜的改造工作，滿足工廠的生產需求。

關鍵詞：10kV手車式開關柜;電氣火災;分析

引言：使用手車式高壓柜能夠更加方便地進行斷路器的更換，同時其運行也具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，因此得到了廣泛地使用。但是由于母線室比較封閉，容易造成各種發(fā)熱和火災的問題。如果開關柜發(fā)生火災，會難以撲滅并且影響生產。因此，需要做好對火災原因的分析，為生產提供穩(wěn)定環(huán)境。

1、進電柜內電氣元件及10kV引電過程

某原料爐除塵風機的電機功率為2000kW，使用了定子線圈串液態(tài)電阻啟動的方式以控制啟動電流，風機的一次系統包括電柜、液態(tài)電阻和星點短接柜積分部分。進電柜在10kV開關站的位置上安裝，經過長時間運行后，有火災在進電柜內發(fā)生。進電柜的結構如圖1，進電柜的母線室內安裝了三相母線，同時進電柜還連接了手車斷路器、靜電觸頭盒，以及安裝了三相靜電觸，母線使用絕緣套管進行支撐[1]。在手車室中，有手車式斷路器;儀表中包括了繼電保護電源開關、連接端子排。在儀表室門上裝有主動保護和差動保護裝置，還安裝了數字多功能儀表，并且安裝了顯示器來顯示斷路器所處的分合狀態(tài)。電纜室內安裝了電流互感器、零序電流互感器等等，還安裝了手車式斷路器的三相觸頭和針對電纜室的過壓保護裝置;專門使用了環(huán)氧樹脂支撐絕緣套的側絕緣板。

在上述結構中，三相主母線在母線室內呈豎直方向分兩排排列，C母線和B母線設置在同一列，并且和背部的隔離鋼板僅靠。在10kV進電柜的結構中，分支母線在主母線的位置開始搭接，然后將10kV線路引入到靜電觸頭盒。工作過程中，必須要確保手車式斷路器到位，使斷路器的觸頭插入到靜觸頭的梅花樁盒內。進電柜的三相觸頭使用銅排線和電流互感器相連。

2、進電柜繼電保護

風機的繼電保護系統二次電氣原理圖如圖2，在該系統中，使用DWP240保護裝置，通過其邏輯連鎖作用，滿足電機繼電保護、液態(tài)電阻系統的控制需要。DWP241則主要發(fā)揮電機差動保護。在電力系統運行中，信號會先進入DWP241，然后再進入DWP240，然后可以控制跳閘。

DWP240各個端子的功能為：A19負責軟啟動超時保護、A21為跳閘功能、A22負責差動保護、A23負責工作合閘、A24是跳閘線圈、A25是合閘線圈，A17和A27作為電源。其中的KA0是水電阻小PLC，以允許啟動信號，PLC的常開接點也來自于水電阻小PLC系統，為PLC自動跳閘信號。KT1是來自2000kW的風機風扇控制系統，可以發(fā)出信號控制風扇延遲。如果風扇由于存在問題出現了跳閘的情況，主機也會隨之同時跳閘。

DWP240主動微機保護裝置控制過流設置為5A，動作時間0.4s;過負荷為1.00A，動作時間30s。電流互感器的變比為200/5A，所以通過的一次電流為1000A，過負荷的一次電流為200A。過電流的標準為高于主機的啟動電流，并且過負荷的倍數為200A/147A=1.36。

DWP241微機保護裝置的保護參數設定中，差動電流的啟動為0.85Ic，差動電流斷速值為6.00Ic，比率制動系數控制在0.5，CT報警值為0.3Ic。設定電流互感器比為200/5A，所以差動電流的啟動值為125A，差動電流的速斷值為882A。結合該系統的保護設定情況，可以發(fā)現并沒有設置接地保護。

3、引起火災的原因及形成過程分析

3.1引起火災的原因

通過對火災后現場的觀察，發(fā)現高壓柜電纜室內出現了比較嚴重的燒損，零件和設備基本全部燒毀，只有電流互感器保留了一半。拆去高壓柜的后蓋板之后發(fā)現，由于母線隔板和高壓柜后的封閉板之間存在10厘米的縫隙，這個縫隙在火災中可以作為減壓通道。在手車開關柜內，每個封閉室中都有帶電體，可以證明有巨大的火災隱患。但是結合開關柜內的燒毀情況，由于微機保護裝置已經被燒毀，所以并不能獲得故障波的歷史記錄，斷路器也被燒毀，因此不能證明在火災之后斷路器是否發(fā)生了跳閘動作[2]。結合經驗分析，如果當時斷路器已經跳閘，說明火災是在電纜室內開始的;如果斷路器并沒有跳閘，可以推斷火災實在電纜室外發(fā)生的。

如果火災是由于手車式10kV高壓柜開始的，主要的原因包括主母線和分支母線的接觸不良，導致接頭位置存在嚴重的發(fā)熱，最終引起火災;在穿過側面板位置的母線套管，由于長時間工作導致絕緣下降出現了爬電的情況，并發(fā)展成放電從而導致火災發(fā)生;手車沒有充分搖入，導致手車沒有完全插入到接線盒，由于接觸面積不足，導致火災;以及引起放電拉弧，最終導致三相短路而引起火災。最后，電纜室保護器的絕緣被擊穿后也會引起火災。

由于開關柜內的元件已經全部燒毀，所以不能確定過壓保護器絕緣擊穿引起的火災原因，結合對母線室隔離鋼板背部的燒毀情況進行觀察，發(fā)現有不規(guī)則的橢圓熔洞，屬于電弧燒毀所致，其尺寸為100*60mm，根據火災現場的實際情況，必須有極高的溫度和熱量集中，才能燒出該形狀的橢圓洞，根據母線室內的布置，以及在隔離鋼板背后構成了電纜室的減壓通道，能夠使火勢火災電纜室內迅速擴散，但并不會在某一點集中熱量，并且會將熱量平均地分布到整個減壓通道當中，和實際情況并不相符，因此電纜室內過壓保護器絕緣擊穿導致也不是火災的原因。

如果火災是由于斷路器手車搖入不充分，使得插入位置缺少足夠的接觸面積而導致火災的出現，串聯在斷路器合閘線圈回路限位點并不會閉合，所以斷路器不會合閘。即便斷路器合閘成功，動靜觸頭也會因為接觸不良導致比較嚴重的發(fā)熱問題，最終導致火災發(fā)生。在上述的火災發(fā)生原因中，火災會直接擊穿三相動靜觸頭的絕緣，使三相短路，以及造成真空斷路器跳閘。但是，手車室的火災也不會專門攻擊某點，而是會迅速充滿整個空間。

母線室內的隔離板為鍍鋅鋼板，具有1540℃以上的熔點，如果是母線室、電纜室有火焰產生，最高溫度不會超過1500℃，達不到將隔離板融化的條件。并且結合火災現場的情況，并沒有導致母線室、電纜室、儀表室、手車室的鋼結構被燒毀，在排除其他原因后，可以判斷母線室的隔離鋼板上的不規(guī)則橢圓洞來自于電弧的作用。電弧的溫度可以達到4000℃以上，可以將鋼板很輕松地燒穿。并且針對電廠的10kV供電系統結構設計分析，并沒有專門設置中興街地點，因此供電系統的接地電流會比較高，達到了兩相電容電流的和。假如對C相進行接地，則C相對地電容為0，并且會導致AB兩相和地面的電壓升高√3倍，導致電容電流形成電弧流入C相，然后通過C相再流入二次線圈，導致了火災的出現。

經過上述分析，可以證明火災出現在C相母線的左后側，是由于隔離鋼板的放電導致電弧出現，從而造成了這起高壓電氣火災事故。

3.2火災形成過程

根據火災的形成原因，能夠對火災的發(fā)生和發(fā)展做出判斷，認為是由于母線室內C相左側的絕緣套管下落導致電弧放電的問題，然后點燃了斷路器的觸頭盒。并且造成隔離鋼板被燒毀。熔化的鋼渣落到下方過壓保護器，使保護器被點燃，然后母線室、手車室和電纜室也受到影響著火，而且開關柜也不能跳閘自保。

4、10kV開關站接地故障處置電氣設計

對于接地故障的處理，可以采用電流檢測的方式進行控制。通過對10kV系統電機、變壓器分柜專門設置零序電流互感器，以及對接地電流進行監(jiān)測，并且將零序電流互感器二次電流介入到JX32電流接地選線裝置，再分錄柜出現接地故障時，故障的信號會通過選線裝置發(fā)出。

5、改進措施

在原系統中，不接地系統只會發(fā)出報警，但是并不會控制跳閘，所以會增加運行過程中的隱患，但是由于工廠的10kV供電系統的負荷很高，發(fā)生火災的幾率比較大，在不跳閘的情況下就會導致火災出現。所以工廠的高壓配電保護裝置可以采用延時接地保護跳閘的方式，通過延時長躲過恢復性接地閃擊;同時也要強化監(jiān)控系統，加強自動化監(jiān)控工作，以及安排值班人員進行24小時全程監(jiān)控。

結論：在分析開關電氣柜的火災時，需要綜合分析現場情況，尤其是確定火災形勢和現場溫度，確定火災原因。之后要充分根據火災發(fā)生原因進行改進工作，滿足條件需求，創(chuàng)造安全的工作環(huán)境。

參考文獻

[1]陶波.10kV手車式開關柜電氣火災分析[J].電工技術，2017（09）：83-85.

[2]羅萼.一起配電室開關柜火災原因分析及糾正措施[J].電力安全技術，2015，17（03）：44-46.

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