一起10 kV斷路器柜火災(zāi)爆炸事故分析及處理

凌 青

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司湛江供電局，廣東 湛江 524000)

0 引 言

目前10 kV斷路器柜廣泛應(yīng)用于各電壓等級的變電站，其運行的安全性和可靠性對用戶供電起著至關(guān)重要的作用，一旦發(fā)生故障或停電，將造成嚴(yán)重的后果。因此，變電運維人員需要深入分析10 kV斷路器柜常見故障的原因，采取積極的防范措施，避免斷路器柜設(shè)備事故的發(fā)生[1]。該文詳細介紹110 kV某變電站10 kV揚帆線斷路器柜發(fā)生一起火災(zāi)爆炸事故的經(jīng)過及事故現(xiàn)場檢查的情況，并深入分析事故的原因，總結(jié)出對策和改進措施。

1 事故前的運行方式

某110 kV變電站110 kV亭安線運行于110 kV一母線，110 kV橫安線熱備用于110 kV二母線，110 kV 1M與110 kV 2M之間通過10012刀閘聯(lián)接，1號主變帶全站負荷，2號主變熱備用于10 kV 2M及10 kV 6M，10 kV分段812斷路器在運行狀態(tài)，10 kV揚帆線運行于10 kV 1M，其他10 kV饋線、站用變及10 kV電容器均帶電運行。

2 事故經(jīng)過及現(xiàn)場處置

2018年7月26日20時44分，調(diào)控中心通知變電運維人員，在調(diào)度遠方操作斷開某110 kV變電站10 kV揚帆線F07斷路器時出現(xiàn)了操作超時，并發(fā)出“控制回路斷線”“保護裝置異?！钡犬惓Ｐ盘?。變電運維人員立即到某110 kV變電站檢查設(shè)備，到站后發(fā)現(xiàn)10 kV高壓室內(nèi)火災(zāi)警鈴大響，室內(nèi)滾滾濃煙冒出，并伴有明顯的放電爆炸聲，人員無法進入，隨即撥打火災(zāi)電話，開啟抽風(fēng)裝置，并使用消防器材滅火，并按照設(shè)備事故應(yīng)急預(yù)案進行處理。

在主控室后臺機及相關(guān)二次設(shè)備檢查時，變電運維人員發(fā)現(xiàn)后臺機中10 kV揚帆線F07斷路器及隔離開關(guān)位置已無法正確指示，并顯示雙位置錯誤，電流、電壓、有功為0，并出現(xiàn)“控制回路斷線”“裝置異常告警”“直流母線電壓不平衡”等一系列異常信號，直流饋線屏顯示直流電壓為32 V，并發(fā)出電壓降低告警和直流接地信號。

在高壓室內(nèi)火災(zāi)完全熄滅后，變電運維人員進入高壓室進行一次設(shè)備檢查，發(fā)現(xiàn)10 kV揚帆線F07斷路器柜柜門已被炸開，斷路器柜內(nèi)已全部燒黑，無法判斷斷路器分合閘位置，真空斷路器外殼和內(nèi)部未見明顯的損壞，機構(gòu)面板已完全燃燒熔化，斷路器機構(gòu)線圈與分合閘機構(gòu)已完全燒糊變形，彈簧機構(gòu)與連桿受到嚴(yán)重的灼燒和應(yīng)力斷裂，斷路器機構(gòu)與斷路器柜內(nèi)的二次接線全部燒熔，保護裝置、繼電器、切換把手等二次設(shè)備元件已完全燒壞。經(jīng)過初步判斷，10 kV揚帆線F07斷路器柜已無法使用，隨后對斷路器柜和10 kV母線停電，做進一步檢查和處理。

3 斷路器柜火災(zāi)爆炸原因分析

在10 kV揚帆線F07斷路器柜轉(zhuǎn)檢修后，運維人員現(xiàn)場仔細檢查，結(jié)合保護啟動信息及故障錄波的動作情況，經(jīng)過分析和判斷，故障的斷路器柜主要存在幾個方面的原因。

1)斷路器控制回路上的分閘線圈過熱短路引發(fā)火災(zāi)。20∶44分，調(diào)度遠程操作斷開10 kV揚帆線F07斷路器時出現(xiàn)操作超時，出現(xiàn)“控制回路斷線”“裝置異常告警”信號，保護信息已出現(xiàn)合后位返回，但監(jiān)控和現(xiàn)場斷路器未發(fā)生變位，此時斷路器控制回路上的分閘線圈TQ已勵磁，線圈擎子動作，正好發(fā)生分閘傳動機械卡滯現(xiàn)象，線圈掣子沒能打開脫扣機構(gòu)。TQ長時間通過電流，溫度急劇上升直到發(fā)生故障，在20：57分，調(diào)度再次嘗試遠方斷開10 kV揚帆線F07斷路器，遙控再次無法成功，此時已出現(xiàn)“母線電壓不平衡”“消防火警動作”等異常信號，斷路器控制回路上的分閘線圈TQ再次勵磁，并造成了線圈的燒毀起火，并蔓延到斷路器柜二次接線，造成了直流系統(tǒng)接地故障。

2)斷路器機構(gòu)與分閘線圈過近，集聚氣體和過壓引起火災(zāi)爆炸。根據(jù)現(xiàn)場柜體爆炸和二次回路短路情況，初步判斷是柜內(nèi)的分閘線圈故障著火爆炸后，對斷路器機構(gòu)內(nèi)部臨近的二次接線及輔助接點等元件燃燒，隨著氣體和熱量的大量集聚，最終從斷路器柜外殼破壞性釋放，火勢順勢沿著保護裝置二次引線逐步蔓延到保護裝置柜體內(nèi)，破壞了保護裝置電源和各類電氣元件，造成了裝置失電異常，造成了斷路器柜整個二次回路斷線。

3)斷路器柜部件燃燒氣化破壞柜內(nèi)絕緣，引發(fā)電弧嚴(yán)重放電。斷路器柜內(nèi)發(fā)生火災(zāi)爆炸后，引起的火災(zāi)對柜內(nèi)的各類接線及元件造成了損毀，并產(chǎn)生了大量氣體，可燃氣體加劇了對斷路器機構(gòu)的外殼、金屬元部件的燃燒，逐步破壞了柜內(nèi)電氣接線的絕緣，引發(fā)了高溫放電和搶弧，高溫使得大量金屬液化并散射到斷路器柜的各個位置。由于保護測控裝置已無法對斷路器進行分閘，斷路器柜內(nèi)的真空斷路器未受到損壞，使得該柜內(nèi)設(shè)備在發(fā)生火災(zāi)爆炸后仍然帶電運行，但斷路器柜內(nèi)外部的絕緣已受到了破壞，因此需要立即進行停電處理。

4 斷路器柜存在的問題及改進措施

該10 kV斷路器柜為XGN2-12型敞開式斷路器柜，防護等級為1P2X，生產(chǎn)日期為2010年10月，運行至今斷路器柜狀況良好，10 kV保護測控裝置為PCS-9611型保護，運行至今狀況良好。但通過保護動作信息、一次設(shè)備故障損壞的部位、二次保護動作的信息及火災(zāi)起源的位置分析，這是一起由于10 kV斷路器柜遙控操作過程，分閘傳動機械卡滯造成分閘線圈短路引起的嚴(yán)重斷路器柜火災(zāi)事故，因此從設(shè)備運維的全過程管理方面提出以下改進措施。

1)設(shè)備遙控操作需重點關(guān)注過程信號和異常變位，防止帶故障設(shè)備停送電。加強對10 kV斷路器柜分合閘操作信號的監(jiān)控，特別是在調(diào)度遠程操作超時，需確保一、二次設(shè)備無異常時，并經(jīng)過5 min各類變化信號返回后，方能再次嘗試操作，避免短時間分合閘線圈重復(fù)性勵磁過熱燒壞。在遠程操作過程中，一旦出現(xiàn)“控制回路斷線”“裝置異常告警”等重要信息，應(yīng)立即停止操作，經(jīng)現(xiàn)場運維人員或繼保人員排查原因，消除異常后才能再次操作。

2)提高變電設(shè)備日常運維水平，杜絕超期未檢未試。嚴(yán)格執(zhí)行《變電設(shè)備檢修預(yù)試規(guī)程》的要求，按設(shè)備周期開展繼保傳動試驗和10 kV斷路器柜的A、B修檢工作，及時排除出存在異常的設(shè)備問題，對不滿足要求的關(guān)鍵設(shè)備部件，比如：繼電器、分合閘線圈、傳動零部件等及時更換和處理。綜合各類設(shè)備的運行工況和使用周期，結(jié)合定檢試驗的結(jié)果，做好設(shè)備差異化檢修預(yù)試的統(tǒng)籌安排，按照“應(yīng)試必試，試必試準(zhǔn)，應(yīng)修必修，修必修好”的原則，不斷提升設(shè)備動態(tài)管理水平。

3)做好設(shè)備出廠產(chǎn)品質(zhì)量的驗收，消除設(shè)備初始隱患[2]。嚴(yán)格執(zhí)行對新投運斷路器柜的檢查和驗收，特別是設(shè)備的絕緣水平、防護等級和運行質(zhì)量等關(guān)鍵特性，使得設(shè)備長期運行時的安全性、可靠性和穩(wěn)定性應(yīng)得到充分保障[3]。在設(shè)備出廠前，有必要提高產(chǎn)品出廠試驗標(biāo)準(zhǔn)，校驗電氣分合閘項目，充分考慮火災(zāi)故障的影響，合理調(diào)整斷路器柜的內(nèi)部元件布局，使分、合閘線圈遠離斷路器面板，遠離其他可燃物，優(yōu)先采用阻燃、透明、防護等級高的材質(zhì)的斷路器面板，分合閘線圈絕緣及其引出二次電纜接線采用耐火型絕緣材料或護套，保證二次回路著火在有效時間內(nèi)仍能分合斷路器。

4)完善斷路器柜的火災(zāi)隱患的整改，防止設(shè)備電纜火災(zāi)事故發(fā)生。根據(jù)《南網(wǎng)電氣火災(zāi)隱患反措》和《電氣火災(zāi)技術(shù)規(guī)范》的要求，高壓電氣設(shè)備一、二次電纜必須采用阻燃的防護型電纜，交流及控制回路一、二次電纜分溝敷設(shè)，在斷路器柜內(nèi)應(yīng)做好交直流電纜的獨立防火槽盒包扎，不同電纜和接線在柜內(nèi)不同層面穿插時應(yīng)采用防火材料或阻燃材料封堵，既可以解決一、二次電源火災(zāi)的相互影響，也可以避免斷路器柜內(nèi)設(shè)備電源發(fā)生串電或直流系統(tǒng)接地的故障。

5)優(yōu)化10 kV斷路器柜的控制回路，實現(xiàn)二次回路根治性改造。通過分析二次回路的動作過程和存在的不足，為提高10 kV設(shè)備保護動作的正確性和可靠性，可以采用兩個技術(shù)方向進行改進完善。

①解決10 kV斷路器柜二次回路輔助節(jié)點響應(yīng)變位和可靠動作問題[4]。通過合理設(shè)置出口繼電器動作時間，在控制回路分合閘回路處并聯(lián)滅弧二極管(見圖1)，實現(xiàn)分合線圈可靠動作。當(dāng)保護出口繼電器接點開斷分合閘線圈感性電流時，分合閘線圈兩端的反電勢被滅弧二極管消除，提高斷路器輔助節(jié)點的滅弧能力，從而使分合閘線圈得到保護，提高斷路器輔助節(jié)點的切換滅弧能力，保證分合閘線圈可靠勵磁動作。

圖1 斷路器分合閘回路改造二次圖Fig.1 Secondary diagram of circuit breaker opening and closing circuit transformation

為了檢驗加裝滅弧二極管后的效果，進行了對比性的模擬試驗。試驗發(fā)現(xiàn)，不并聯(lián)滅弧二極管的分合閘線圈在切斷電流時，開斷處會發(fā)出強烈弧光；并聯(lián)滅弧二極管時弧光變小，滅弧時間變短。隨著動作次數(shù)越多差異性越明顯，因此可以充分證明分合閘線圈兩端并聯(lián)滅弧二極管后，斷路器正常動作時其輔助斷路器接點也可以得到有效保護。

②解決10 kV斷路器柜分合閘線圈可靠動作問題。通過斷路器控制回路增加分閘線圈雙重配置(見圖2)[5],在滿足斷路器單一線圈故障、低電壓動作等可靠動作條件下，提高控制回路分閘動作的能力，減少分閘線圈發(fā)熱燒毀的風(fēng)險，也解決了單一線圈故障后，斷路器無法及時可靠動作的問題。

圖2 斷路器分閘線圈改造二次圖Fig.2 Secondary diagram of circuit breaker opening coil transformation

在不改變原有控制回路的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)分閘線圈雙重配置，滿足在單一線圈故障、直流系統(tǒng)接地或控制電壓降低等動作條件，并模擬多項故障的條件下，經(jīng)過斷路器傳動試驗，實現(xiàn)了斷路器的可靠動作，達到了降低分閘線圈故障的目標(biāo)。

5 結(jié) 語

10 kV斷路器柜的可靠運行對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定起著非常重要的作用。通過對10 kV斷路器柜火災(zāi)爆炸事故原因的深入分析，需要在設(shè)備出廠驗收階段，提高原始產(chǎn)品質(zhì)量檢查和試驗標(biāo)準(zhǔn)；在設(shè)備運維階段，做好斷路器柜的周期性修試工作；完善斷路器柜的電氣防火措施，優(yōu)化斷路器控制回路，提高斷路器分合閘動作效率，可以進一步減少10 kV斷路器設(shè)備的故障，提高設(shè)備的供電可靠性，確保電網(wǎng)的安全可靠運行。